Лебедь Х-1 (Cygnus X-1)! Что это такое?

Многие наши подписчики и пользователи в последнее время стали интересоваться довольно своеобразным объектом, который астрономы называют Лебедь Х-1 (по-английски — Cygnus X-1). Что ж… Посвятим данный пост этому интереснейшему объекту и кратко расскажем о его природе.

В 60-е годы прошлого века еще не было орбитальных рентгеновских телескопов и обсерваторий таких, скажем, как первенец рентгеновской астрономии спутник Uhuru или более современные его последователи «Чандра» или XMM-Newton. В тот период обнаружение рентгеновских источников проводилось, так сказать, дедовским способом – при помощи запуска суборбитальный ракет с детекторами на борту, которые зачастую представляли собой примитивные счетчики Гейгера. Именно во время одного из таких запусков в 1964 году было зафиксировано восемь рентгеновских источников, одним из которых оказался Лебедь Х-1, обозначенный первоначально, как Cygnus XR-1.

В период с апреля по май 1971 года независимо друг от друга Люк Бреес и Джордж Милей из Лейденской обсерватории в Нидерландах, а также Роберт Гжельминг и Кемпбелл Уад из Национальной радиоастрономической обсерватории в США определили, что расположение рентгеновского источника Лебедь Х-1 совпадает с расположением звезды голубого сверхгиганта HDE 226868.

В конце 1971 года Луиза Вебстер и Пол Мардин из Королевской Гринвичской обсерватории в Англии и независимо от них Чарльз Томас Болтон из обсерватории Дэвида Данлопа при канадском Университете Торонто, измерив доплеровский сдвиг в спектре звезды HDE 226868, пришли к выводу, что в данном случае научный мир имеет дело с бинарной системой, состоящей, скорее всего, из гигантской звезды и компактной черной дыры. При этом нейтронная звезда на роль второго невидимого компаньона системы отвергалась изначально из-за массивности наблюдаемого объекта.

В 1974 году выдающийся британский астрофизик и любитель всяческих шутливых пари Стивен Хокинг поспорил с американским астрономом и физиком Кипом Торном на подписку на 4 года журнала «Плейбой» (по другой версии – сатирического журнала «Частный сыщик») об истинной природе объекта Лебедь Х-1. Утверждая, что в состав объекта не входит черная дыра, Хокинг признал свое поражение только лишь в 1990 году после своего убеждения в наличии в системе гравитационной сингулярности. Однако и Торн утвердительно заговорил о своей победе в пари только лишь в 2011 году, когда появились более фундаментальные научные труды об объекте.

В данный момент Лебедь Х-1 считается самой изученной землянами черной дырой, значительно опережая по вниманию к себе другие подобные объекты.

Что же на данный момент нам известно о Лебеде Х-1? Данный объект удален от нас примерно на 6070 световых лет в направлении созвездия Лебедя и наблюдается в его хвосте чуть юго-западнее от звезды Денеб. Вероятнее всего, объект входит в состав звездной ассоциации Cygnus OB3, возраст которой оценен примерно в 5 миллионов лет.

Стоит отметить, что он вполне применим и к данной системе, состоящей, как уже выше отмечалось, из звезды HDE 226868 и рентгеновского источника Лебедь X-1. Орбитальный период вращение компонент вокруг общего центра масс составляет чуть более, нежели пять с половиной земных суток. Поскольку компоненты не претерпевают взаимных затмений, то стоит полагать, что орбитальная плоскость не параллельна линии зрения с Земли. Однако и точное значение наклона плоскости орбит компонент также определить крайне сложно, поэтому его положили в предел от 27 ° до 65 °. Расстояние между компонентами системы оценивается примерно в две десятые астрономической единицы, что составляет около двух радиусов звезды.

Компактный объект в системе, то есть, с большой степенью вероятности, черная дыра имеет массу примерно в 15 масс Солнца, при этом ее радиус Шварцшильда, то есть горизонта событий составляет около 44 километров. Звезда-прародитель черной дыры, вероятно, имела массу порядка 40 солнечных масс, большую часть из которой она потеряла из-за сильного звездного ветра и массопереноса на звезду-компаньона. Быстро проэволюционировав она, превратившись в звезду Вольфа-Райе, либо взорвалась сверхновой, либо обрушилась в черную дыру без каких-либо видимых взрывных эффектов. В пользу второго варианта свидетельствует отсутствие каких-либо остатков от детонации свехновой и стабильность орбиты второй компоненты.

Что же касается природы звездной компоненты, то, по различным оценкам, масса этой звезды составляет от 14 до 16 солнечных масс, некоторые источники дают значение массы даже до 40 масс Солнца. HDE 226868 представляет собой горячий с температурой поверхности не менее чем 31 000 градусов по Кельвину голубой сверхгигант спектрального класса О с радиусом порядка 20-22 радиусов нашего центрального светила. Это необычайно мощная звезда со светимостью от 300 до 400 тысяч светимостей Солнца. Отметим при этом, что звездный ветер приводит к моссопотерям, равным двум или трем миллионным долям от массы Солнца в год. Ее форма в значительной мере искажена гравитацией черной дыры и скоростью вращения вокруг своей оси, в этом случае звезда очень похожа на падающую каплю воды. Все это приводит к незначительному изменению видимого блеска светила с периодом, равному орбитальному периоду системы, то есть чуть более пяти с половиной земных суток.

Сейчас трудно что-то говорить об эволюционной стадии HDE 226868, однако, некоторые источники утверждают, что она уже практически сожгла все имеющиеся в ее ядре запасы водорода, пребывая на так называемом пробеле Герцшпрунга.

В то же время черная дыра аккретирует на себя вещество со звезды компаньона, которое образует вокруг компактного объекта плоский аккреционный диск. Этот диск интенсивно нагревается за счет трения между ионизированным газом более быстрых внутренних орбит с более медленными внешними. Он разделен на горячую внутреннюю область с относительно высоким уровнем ионизации, где образовывается плазма, и более холодную, менее ионизированную внешнюю область, которая простирается примерно на 15 тысяч километров от границы горизонта событий черной дыры. Внутренние области диска, представляющие собой плазму, как раз и излучают высокоэнергетические частицы, которые и фиксируют земные детекторы, как рентгеновское излучение.

По мере того, как аккреционное вещество падает на компактный объект, оно теряет гравитационную потенциальную энергию. Часть этой энергии высвобождается и рассеивается струями частиц, истекающими в окружающее пространство перпендикулярно аккреционному диску с релятивистскими скоростями, то есть со скоростями, составляющими значительную долю от скорости света. Как мы видим, наличие релятивистских струй наделяет объект Лебедь Х-1 всеми признаками и характеристиками микроквазара.

Каково же будущее у данной системы? Здесь предположений и гипотез в научном мире немного. Проэволюционировав, звезда-компаньон HDE 226868 либо взорвется сверхновой, а ее ядро коллапсирует до черной дыры, либо без видимого взрыва всецело обрушится в черную дыру. Произойдет это, вероятно, в ближайший миллион лет. Две черные дыры в системе будут еще какое-то время обращаться вокруг общего центра масс, а потом сольются в одну, в результате чего произойдет мощный взрыв килоновой, который будет сопровождаться не менее мощным гамма-всплеском.

Ранее VideoNews рассказывали о Слоановском цифровом небесном обзоре — пристальном взоре в прошлое Вселенной.



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *