이 '원반 바람'의 2D 지도는 은하 형성에 대한 단서를 드러낼 수 있습니다. -- 사이언스데일리

강착원반은 근처의 별에서 물질을 끌어당길 때 블랙홀이나 솜사탕 같은 중성자별 주위에 모이는 거대한 가스와 먼지의 소용돌이입니다. 디스크가 회전하면서 거대한 바람을 일으켜 회전하는 플라스마를 밀고 당깁니다. 이러한 대규모 유출은 주변의 가스와 먼지를 가열하고 날려보내 블랙홀 주변에 영향을 미칠 수 있습니다.

엄청난 규모에서 “디스크 바람”은 초대형 블랙홀이 전체 은하를 형성하는 방법에 대한 단서를 제공할 수 있습니다. 천문학자들은 강착하는 블랙홀과 중성자별을 포함하여 많은 시스템에서 원반풍의 징후를 관찰했습니다. 그러나 지금까지 그들은 이 현상에 대해 아주 좁은 시야만을 간과했습니다.

이제 MIT 천문학자들은 헤라클레스 X-1에서 중성자별이 태양과 같은 별에서 물질을 끌어당기는 시스템인 더 넓은 범위의 바람을 관찰했습니다. 이 중성자별의 강착원반은 회전하면서 흔들리거나 “세차한다”는 점에서 독특합니다. 이 흔들림을 이용하여 천문학자들은 회전하는 디스크의 다양한 관점을 포착하고 처음으로 바람의 2차원 지도를 만들었습니다.

새 지도는 바람의 수직 모양과 구조, 속도를 보여줍니다. 초당 수백 킬로미터 또는 시간당 약 백만 마일로 강착 디스크가 회전할 수 있는 것의 더 온화한 끝에 있습니다.

천문학자들이 미래에 더 많은 흔들리는 시스템을 발견할 수 있다면 팀의 매핑 기술은 디스크 바람이 항성 시스템, 심지어 전체 은하의 형성과 진화에 어떤 영향을 미치는지 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“미래에 우리는 다양한 물체의 디스크 바람을 매핑하고 예를 들어 블랙홀의 질량 또는 그것이 강착하는 물질의 양과 같이 바람 속성이 어떻게 변하는지 결정할 수 있습니다.”라고 Postdoc 인 Peter Kosec은 말합니다. MIT의 천체 물리학 및 우주 연구를 위한 Kavli 연구소. “그것은 블랙홀과 중성자 별이 우리 우주에 어떤 영향을 미치는지 결정하는 데 도움이 될 것입니다.”

Kosec은 에 게재된 연구의 주 저자입니다. 자연천문학. 그의 MIT 공동 저자로는 Erin Kara, Daniele Rogantini, Claude Canizares가 있으며 영국 케임브리지의 Institute of Astronomy를 비롯한 여러 기관의 공동 작업자가 있습니다.

고정 시야

디스크 바람은 블랙홀이나 중성자 별이 밀도가 낮은 물체에서 물질을 끌어당기고 유출되는 바람과 함께 영감을 주는 물질의 백열 디스크를 생성하는 시스템인 X선 쌍성에서 가장 자주 관찰되었습니다. 이러한 시스템에서 바람이 정확히 어떻게 발사되는지는 불분명합니다. 일부 이론은 자기장이 디스크를 파쇄하고 물질의 일부를 바람처럼 외부로 방출할 수 있다고 제안합니다. 다른 이들은 중성자별의 복사가 백열 돌풍으로 디스크 표면을 가열하고 증발시킬 수 있다고 가정합니다.

바람의 기원에 대한 단서는 그 구조에서 추론할 수 있지만 원반풍의 모양과 범위는 해결하기 어려웠습니다. 대부분의 바이너리는 단일 평면에서 회전하는 얇은 가스 도넛과 같이 모양이 비교적 균일한 부착 디스크를 생성합니다. 멀리 떨어진 위성이나 망원경에서 이 원반을 연구하는 천문학자들은 회전하는 원반에 비해 고정되고 좁은 범위 내에서만 원반 바람의 영향을 관찰할 수 있습니다. 따라서 천문학자들이 간신히 감지할 수 있는 모든 바람은 더 큰 구조의 작은 조각에 불과합니다.

“우리는 단일 지점에서만 바람 속성을 조사할 수 있으며 해당 지점 주변의 모든 것을 완전히 볼 수 없습니다.”라고 Kosec은 말합니다.

2020년에 그와 그의 동료들은 하나의 바이너리 시스템이 디스크 바람에 대한 더 넓은 시야를 제공할 수 있다는 것을 깨달았습니다. Hercules X-1은 시스템의 중심 중성자 별 주위를 회전하면서 흔들리는 뒤틀린 강착 디스크로 인해 가장 잘 알려진 X선 쌍성에서 두드러졌습니다.

“원반은 35일마다 시간이 지남에 따라 실제로 흔들리고 바람은 원반의 어딘가에서 시작되어 시간이 지남에 따라 원반 위의 다른 높이에서 우리의 시야를 가로지릅니다.”라고 Kosec은 설명합니다. “그것은 우리가 그것의 수직 바람 속성을 더 잘 이해할 수 있게 해주는 이 시스템의 매우 독특한 속성입니다.”

뒤틀린 흔들림

새로운 연구에서 연구원들은 유럽 우주국의 XMM Newton과 NASA의 찬드라 천문대라는 두 개의 X선 망원경을 사용하여 Hercules X-1을 관찰했습니다.

“우리가 측정하는 것은 X선 스펙트럼으로, 이는 검출기에 도달하는 X선 광자의 양과 그 에너지를 의미합니다. 우리는 흡수선 또는 매우 특정한 에너지에서 X선 ​​빛의 부족을 측정합니다.” 코섹은 말한다. “서로 다른 라인이 얼마나 강한지의 비율로부터 디스크 바람 내의 온도, 속도 및 플라즈마 양을 결정할 수 있습니다.”

Hercules X-1의 뒤틀린 원반을 사용하여 천문학자들은 원반이 흔들리고 회전할 때 위아래로 움직이는 선을 볼 수 있었습니다. 그 효과는 연구원들이 균일하게 회전하는 디스크 위의 단일 고정 높이가 아니라 디스크와 관련하여 변화하는 높이에서 디스크 바람의 징후를 관찰할 수 있는 정도였습니다.

연구자들은 디스크가 흔들리고 시간이 지남에 따라 회전할 때 X선 방출과 흡수선을 측정함으로써 디스크에 대한 다양한 높이에서 바람의 온도와 밀도와 같은 특성을 스캔하고 바람의 2차원 지도를 구성할 수 있었습니다. 수직 구조.

“우리가 보는 것은 공간에서 팽창함에 따라 디스크에 대해 약 12도 각도로 바람이 디스크에서 상승한다는 것입니다.”라고 Kosec은 말합니다. “또한 디스크 위의 더 높은 높이에서 더 차갑고 덩어리지고 약해지고 있습니다.”

연구팀은 어떤 것이 바람의 기원을 가장 잘 설명할 수 있는지 알아보기 위해 다양한 바람 발사 메커니즘의 이론적 시뮬레이션과 관찰 결과를 비교할 계획입니다. 더 나아가, 그들은 더 뒤틀리고 흔들리는 시스템을 발견하고 디스크 바람 구조를 매핑하기를 희망합니다. 그런 다음 과학자들은 디스크 바람에 대한 더 넓은 시야를 가질 수 있으며 이러한 유출이 특히 훨씬 더 큰 규모에서 주변 환경에 어떤 영향을 미치는지 알 수 있습니다.

“초질량 블랙홀은 은하의 모양과 구조에 어떤 영향을 줍니까?” 1958년 MIT 물리학과 경력 개발 조교수 Erin Kara가 포즈를 취하고 있습니다. “유력한 가설 중 하나는 블랙홀에서 발사된 원반풍이 은하의 모습에 영향을 미칠 수 있다는 것입니다. 이제 우리는 이러한 바람이 어떻게 발사되고 어떻게 생겼는지에 대한 더 자세한 그림을 얻을 수 있습니다.”

이 연구는 부분적으로 NASA의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/04/230410111703.htm