Para astronom telah memetakan angin cakram di sistem bintang neutron yang jauh

Lubang hitam dan bintang neutron sering mengalami arus keluar dari akresi materi, yang dapat sangat memengaruhi lingkungan padat objek. Untuk memahami mekanisme pelepasan dan anggaran energi angin secara keseluruhan, perlu memahami arsitektur angin global tiga dimensi. Spektroskopi garis serapan sinar-X adalah alat kunci untuk mempelajari angin ini karena memungkinkan kita menyelidiki sifat-sifatnya di sepanjang satu garis pandang.

Para astronom MIT kini telah melihat berbagai jenis angin dalam sistem Hercules X-1, saat bintang neutron menghilangkan materi dari bintang mirip matahari. Disk akresi bintang neutron ini tidak biasa karena berosilasi, atau “berproses”, saat berputar. Memanfaatkan getaran ini, para astronom dapat mengumpulkan banyak pandangan dari piringan yang berputar dan menghasilkan peta dua dimensi dari anginnya.

Peta baru menunjukkan bentuk vertikal, struktur, dan kecepatan angin, yang di ujung bawah cakram akresi dapat berputar dengan kecepatan hampir satu juta mil per jam, atau ratusan kilometer per detik.

Metode pemetaan tim dapat membantu para astronom memahami bagaimana angin cakram memengaruhi kelahiran dan evolusi sistem bintang, dan mungkin seluruh galaksi, jika mereka dapat menemukan lebih banyak sistem berosilasi di masa depan.

Dimungkinkan untuk menyimpulkan informasi tentang asal-usul angin dari strukturnya, tetapi terbukti sulit untuk menentukan bentuk dan ukuran angin cakram. Sebagian besar biner membuat cakram akresi yang umumnya berbentuk seragam, menyerupai donat gas yang berputar dalam satu bidang.

Para astronom yang mempelajari piringan ini dari satelit atau teleskop yang jauh dapat melihat efek angin piringan relatif terhadap piringan yang berputar dalam jarak tertentu yang terbatas. Oleh karena itu, setiap angin yang dapat dideteksi oleh para astronom hanyalah sebagian kecil dari keseluruhan strukturnya.

Peter Kosik, seorang peneliti postdoctoral di MIT’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, mengatakan: “Kami hanya dapat merasakan karakteristik angin pada satu titik, dan kami benar-benar buta terhadap semua yang ada di sekitar titik itu.”

Para ilmuwan menemukan pada tahun 2020 bahwa sistem biner tunggal dapat memberikan pandangan yang lebih komprehensif tentang angin cakram. Tidak seperti kebanyakan binari sinar-X lainnya, Hercules X-1 memiliki piringan akresi yang terdistorsi yang berosilasi saat mengorbit bintang neutron utama sistem.

Cusick berkata, “Cakram benar-benar berosilasi dari waktu ke waktu setiap 35 hari, dan angin berasal dari suatu tempat di cakram dan melintasi garis pandang kita pada ketinggian berbeda di atas cakram dari waktu ke waktu. Ini adalah properti unik dari sistem ini yang memungkinkan kita untuk lebih memahami karakteristiknya angin vertikal.”

Dalam penelitian terbaru, teleskop sinar-X Newton dan Chandra XMM milik Badan Antariksa Eropa dan NASA digunakan untuk mengamati Hercules X-1.

Cusick berkata, Kami mengukur spektrum sinar-X, yang berarti berapa banyak foton sinar-X yang mengenai detektor kami dengan imbalan energinya. Kami mengukur garis serapan, atau penurunan, cahaya sinar-X pada energi tertentu. Dari rasio seberapa kuat garis yang berbeda, kita dapat menentukan suhu, kecepatan, dan jumlah plasma di dalam cakram angin. “

Para astronom dapat mengamati cakram Hercules X-1 yang terdistorsi bergoyang dan berputar, seperti bagaimana piringan hitam tampak bergoyang jika dilihat dari tepi. Akibatnya, daripada ketinggian yang ditentukan secara seragam di atas cakram yang berputar, para ilmuwan dapat mendeteksi jejak angin cakram dengan ukuran berbeda di sekitar cakram.

Para peneliti dapat memindai parameter seperti suhu dan intensitas angin pada ketinggian yang berbeda terkait dengan cakramnya dan membuat peta dua dimensi dari struktur vertikal angin dengan menganalisis emisi sinar-X dan garis serapan saat cakram bergetar dan berputar seiring waktu. .

Kosik Dia berkataDan “Apa yang kita lihat adalah angin yang keluar dari piringan pada sudut sekitar 12 derajat terhadap piringan saat mengembang di ruang angkasa. Angin juga menjadi lebih dingin dan lebih menggumpal dan melemah pada ketinggian yang lebih tinggi di atas piringan.”

Tim berencana untuk membandingkan pengamatan mereka dengan simulasi teoretis dari mekanisme pelepasan angin yang berbeda untuk melihat mana yang paling dapat menjelaskan asal-usul angin. Selain itu, mereka berharap dapat menemukan lebih banyak sistem yang berputar dan berosilasi serta memetakan struktur angin cakram. Kemudian, para ilmuwan bisa mendapatkan pandangan yang lebih luas tentang angin cakram dan bagaimana arus keluar ini memengaruhi lingkungannya — terutama pada skala yang jauh lebih besar.

Referensi jurnal:

1. Kosec, P., Kara, E., Fabian, A.C. et al. Struktur angin vertikal dalam biner sinar-X diungkapkan oleh piringan pra-akresi. Nat Astron (2023). DOI: 10.1038 / s41550-023-01929-7