Периодическое гамма-излучение в газовом облаке связали с прецессией соседнего микроквазара

Li Jian et al. / Nature Astronomy, 2020

Астрофизики обнаружили

практически полное совпадение периодов прецессии джетов в двойной системе SS 433 и гамма-излучения соседнего

газового облака. Ученые использовали данные наблюдений космического

гамма-телескопа «Ферми» за 10 лет и создали карту излучения окрестностей микроквазара. Оказалось,

что один из главных источников гамма-лучей с энергией в диапазоне 0,1–300

гигаэлектронвольт в этой области находится на расстоянии 400 световых лет от SS 433 и синхронизирован с

периодическими колебаниями направления джетов двойной системы. Полученные результаты подвергают

сомнению существующие теории происхождения гамма-излучения в микроквазарах, а в

будущем могут позволить расширить представление ученых о формировании и

распространении космических лучей. Статья опубликована в

журнале Nature Astronomy.

Микроквазар

представляют собой двойную систему, которая состоит из массивного компактного

объекта (черной дыры или нейтронной звезды) и обычной звезды, вращающихся друг

вокруг друга по тесной орбите. Близость двух этих объектов и их гравитационное

взаимодействие приводят к тому, что вещество звезды начинает постепенно

перетягиваться ее партнером и формирует вокруг последнего аккреционный диск. Аккреция

этой материи на черную дыру или нейтронную звезду сопровождается джетами — струями

плазмы, летящими в две противоположные стороны от компактного объекта со скоростями в десятые доли

скорости света. Именно активный выброс вещества и излучения роднит микроквазары

с квазарами,

однако в центре последних располагаются сверхмассивные черные дыры.

Именно к

микроквазарам относят систему SS 433, в которой компактный объект согласно современным представлениям вероятнее всего является черной

дырой с массой в 10-20 масс Солнца, а вокруг черной дыры с периодом в 13 земных дней вращается

звезда-сверхгигант. Сама система располагается в нашей галактике на расстоянии порядка

18000 световых лет от Земли, и ее отличительной особенностью является

прецессия (периодическое вращательное покачивание, характерное для наклоненной юлы) джетов с периодом в 162 дня. Происходит это из-за того, что аккреционный диск

черной дыры лежит не в плоскости вращения друг вокруг друга двух объектов, из-за

чего периодически меняется направление летящих из области черной дыры релятивистских струй. В результате джеты

SS 433 по форме

напоминают не столько прямые линии, сколько разлетающиеся и расширяющиеся в две

стороны спирали.

Ученые уже

давно подробно изучают и наблюдают за SS 433 и ее окрестностями в широком диапазоне

энергий гамма-излучения, пытаясь тем самым подтвердить или опровергнуть применимость

к системе существующих теоретических моделей. Так, недавно ученые подтвердили

предсказания теории о рождении высокоэнергетического (порядка

тераэлектронвольт) гамма-излучения при взаимодействии быстрых электронов в

джетах с фотонами микроволнового излучения в результате обратного

эффекта Комптона. Некоторые модели предсказывали возникновение в SS 433 и гамма-лучей с энергией порядка гигаэлектронвольт при взаимодействии адронов в джетах с материей вокруг черной дыры или в газовых облаках вблизи системы. Для поиска такого излучения в ряде

исследований уже использовались данные с космического гамма-телескопа «Ферми», однако многие из работ противоречат

друг другу из-за разногласий и ошибок в технике отделения изучаемого излучения микроквазара от других фоновых источников.

Теперь Цзянь

Ли (Jian Li) из гамма-астрономической группы в центре DESY (Немецкий Электронный Синхротрон) провел

более качественный анализ данных наблюдения «Ферми» за SS 403 в течение 10 лет, который

позволил обнаружить как минимум один источник гамма-излучения в диапазоне

энергий между 0,1 и 300 гигаэлектронвольт рядом с двойной системой. Вопреки ожиданиям, источником оказалось

газовое облако на расстоянии 400 световых лет от микроквазара, что много даже в

масштабах подобных объектов. Более того, обнаруженный источник расположен за

пределами конуса распространения джетов SS 433, хотя, как казалось, только последние могут

служить источниками такого излучения. На связь релятивистских струй микроквазара

и процессов в газовом облаке указывает и периодичность регистрируемого излучения,

причем период колебаний потока гамма-лучей, который оказался равен 160,9 ± 2,7 дням, в пределах погрешности совпадает с периодом прецессии

джетов SS 433.



Излучение газового облака в разных полупериодах: слева — активная фаза, справа — фаза без заметного излучения

Li Jian et al. / Nature Astronomy, 2020

Тем не менее в настоящий момент астрофизики не могут объяснить, как именно такое далекое от

микроквазара газовое облако может быть источником гамма-излучения с энергией в

сотни гигаэлектронвольт. Подобное периодическое излучение предсказывалось моделями,

симулирующие взаимодействие гамма-лучей в джетах SS 433 с окружающей материей и излучением,

однако для обнаруженного источника эти модели не применимы из-за его

местоположения. Авторы предполагают, что до газового облака могут долетать

протоны, которые каким-то образом отклонились от исходных траекторий в джете. Протоны

с подходящими направлениями движения могут рождаться и в самом аккреционном диске,

однако все эти гипотезы на данный момент не могут полностью объяснить наблюдаемое

астрофизиками явление.

Согласно

работе Ли и его коллег, изученное газовое облако является источником высокоэнергетического гамма-излучение

со статистической точностью 5,9 σ в течение активной фазы, которая

продолжается пол периода, а в оставшееся время облако практически не излучает.

Похожий источник был найден и с противоположной стороны SS 433, однако статистическая точность

его обнаружения составила 3,5 сигма, что недостаточно для признания его

официальной регистрации. Процессы в этих двух областях, однако, могут быть

схожи, и исследователи указывают на необходимость дальнейших наблюдений, а

также на важность поиска описывающих подобные явления теорий. Важной причиной для пересмотра физики излучения микроквазаров является и то, что сама двойная система SS 433, вопреки ожиданиям, не оказалась сильным источником гамма-лучей.

Ранее мы уже

писали про то, как ученые объяснили дополнительный

нагрев джетов SS 433 с помощью ударных волн в плазме, а также о том, как физикам удалось

измерить магнитное поле в короне аккреционного диска другого микроквазара.

Никита Козырев

Источник: labuda.blog

уникальные шаблоны и модули для dle