Prelom v objasnení záhady okolo systému röntgenových dvojhviezd Cygnus X-3 priniesla družica IXPE amerického úradu NASA a talianskej agentúry ASI.
Gama žiarenie (ružovou farbou) systému Cygnus X-3, detegované Veľkoplošným ďalekohľadom Fermi (LAT) v roku 2009. Zdroj: NASA's Goddard Space Flight Center
Medzi najenergetickejšie úkazy vo vesmíre patrí vysokoúčinný proces uvoľňovania gravitačnej energie v röntgenových binárnych systémoch. Röntgenové dvojhviezdy sú zaujímavé systémy zložené z dvoch nebeských telies: bežnej hviezdy a kompaktného mŕtveho objektu, teda čiernej diery alebo neutrónovej hviezdy, ktorá nasáva materiál zo svojho hviezdneho spoločníka. V našej Galaxii bolo doteraz identifikovaných niekoľko stoviek takýchto zdrojov.
Astronomická hádanka Cygnus X-3
Medzi prvé röntgenové dvojhviezdy objavené vo vesmíre patrí systém Cygnus X-3 v súhvezdí Labuť. Tento binárny systém bol od počiatku sedemdesiatych rokov 20. storočia známy tým, že sa na krátky čas rozjasnil ako jeden z najintenzívnejších rádiových zdrojov na oblohe a o niekoľko dní nato pohasol alebo celkom zmizol.
Toto zvláštne správanie podnietilo vedcov k tomu, aby zjednotili dostupné astronomické pozorovania na svete. Jedinečné správanie systému počas týchto krátkodobých vysokoenergetických udalostí, kontrastujúce s jeho inak bežnou povahou, viedlo k tomu, že ho astronóm Robert Michael Hjellming v roku 1973 nazval „astronomickou hádankou Cygnus X-3“. Odvtedy sa ju mnohí vedci snažia vylúštiť.
Prelom v rozlúštení záhady
Prelom v rozlúštení hádanky Cygnus X-3 prinieslo štúdium tohto systému pomocou družice Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), ktorá je pilotným projektom amerického úradu NASA a talianskej agentúry ASI.
Podľa Alexandry Veledinovej, vedeckej pracovníčky na Univerzite v Turku a hlavnej autorky štúdie, meranie röntgenovej polarizácie s IXPE umožnilo nahliadnuť do konfigurácie hmoty tvoriacej najbližšie okolie čiernej diery. Veledinová vysvetlila: „Zistili sme, že kompaktný objekt je obklopený obálkou z hustej nepriehľadnej hmoty. Svetlo, ktoré pozorujeme, je odrazom od vnútorných stien lievika tvoreného okolitým plynom, ktorý pripomína zmrzlinový pohár so zrkadlovým vnútrom.“
a) Navrhovaná geometria lievika s primárnym zdrojom žiarenia označeným vyplneným čiernym kruhom. Pozorovateľ v sklone i vidí odraz od vnútorného povrchu lievika (smerom nadol do bodu L). Primárny zdroj je zakrytý stenami lievika. Uhol polovičného otvorenia lievika ζ je vždy menší ako uhol α, ktorý sa v texte používa ako náhrada za ζ. Polomery sú merané v jednotkách základne lievika. b) Obrysový graf konštantnej PD pre rôzne sklony pozorovateľa i a hodnoty parametra α. Čísla v riadkoch označujú polarizáciu v percentách. Červený obrys označuje pozorovanú polarizáciu 23 %. Zdroj: Nat Astron (2024). https://doi.org/10.1038/s41550-024-02294-9
Ultrajasný röntgenový zdroj
Tento objav viedol k identifikácii Cygnus X-3 ako člena triedy takzvaných ultrajasných röntgenových zdrojov, ktoré spotrebovávajú hmotu takým obrovským tempom, že čierna diera nestíha pohltiť všetok materiál padajúci do nej zo susednej hviezdy, a tak sa jeho časť vyvrhuje von. „Ultrajasné röntgenové zdroje sú zvyčajne pozorované ako žiarivé škvrny na snímkach vzdialených galaxií, pričom ich emisie sú zosilnené fokusačným efektom okolitého lievika kompaktného objektu, ktorý pôsobí podobne ako megafón,“ spresnil Juri Poutanen, profesor na Univerzite v Turku a spoluautor výskumu. „Vzhľadom na obrovské vzdialenosti k týmto zdrojom, ktoré tisíckrát presahujú rozpätie našej Galaxie, sa však röntgenovým ďalekohľadom javia ako relatívne slabé. Náš objav teraz odhalil jasný náprotivok týchto vzdialených objektov sídliaci priamo v našej Galaxii,“ dodal Poutanen.
Prvý detektor röntgenovej polarizácie
Do roku 2021 bolo možné skúmať röntgenové svetlo z vesmíru prakticky len pomocou spektrálnej analýzy. IXPE je však prvý detektor röntgenovej polarizácie svojho druhu a otvára tak astronómom celkom nový pohľad do vysokoenergetických objektov.
„Naša štúdia dokazuje, ako veľmi je nevyhnutné kombinovať informácie z rôznych metód pozorovania pre pochopenie tých najdlhšie trvajúcich záhad vesmíru,“ uzatvoril Jakub Podgorný z Astronomického ústavu AV ČR, ktorý sa na výskume podieľal medzi vedúcimi autormi v rámci svojho absolvovaného doktorandského štúdia v Štrasburgu a Prahe. Jeho úlohou bolo simulovať rozdielne scenáre v blízkom okolí centrálnej čiernej diery pre správnu interpretáciu dát. Významnú českú stopu na objave tiež priniesli Michal Dovčiak, Jiří Svoboda a profesor Vladimír Karas (všetci z Astronomického ústavu AV ČR) v oblasti dátovej analýzy, modelovania a vývoja misie IXPE.
Práve uverejnený vedecký článok v Nature Astronomy odštartoval novú kapitolu vo výskume tohto mimoriadneho kozmického zdroja žiarenia a ponúka príležitosti k podrobnému výskumu extrémneho pohlcovania hmoty.
Zdroj: TS Astronomický ústav AV ČR
(zh)
