Astronomowie zidentyfikowali kluczowe cechy najbardziej wewnętrznego obszaru układu podwójnego EX Hydrae. Badania ujawniły obecność niezwykle gorącej kolumny materii, która uderza w powierzchnię białego karła, emitując promieniowanie rentgenowskie w sposób zaskakujący teoretyków.
W odległości około 200 lat świetlnych od Ziemi rozgrywa się gwiezdny taniec, w którym główną rolę odgrywa biały karzeł – gęste jądro martwej gwiazdy. Obiekt ten, krążąc wokół większej gwiazdy towarzyszącej, bezlitośnie ściąga z niej materię. Układ ten, znany jako EX Hydrae, należy do klasy tzw. polarów pośrednich, (ang. intermediate polars) gatunku zmiennych kataklizmicznych. W takich układach silne pole magnetyczne białego karła dyktuje warunki, w jakich opadająca materia uderza w jego powierzchnię, generując przy tym potężne dawki promieniowania rentgenowskiego.
W artykule opublikowanym w The Astrophysical Journal, zespół kierowany przez astronomów z MIT donosi o przełomowych obserwacjach tego układu, wykonanych za pomocą należącego do NASA teleskopu IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer).
Rentgenowska kurtyna i kosmiczny korek
W typowych układach podwójnych materia z gwiazdy towarzyszącej tworzy dysk akrecyjny wokół białego karła, który stopniowo opada na jego powierzchnię. Jednak w przypadku polarów pośrednich, takich jak EX Hydrae, sytuacja jest bardziej skomplikowana. Silne pole magnetyczne białego karła zakłóca ten proces. Zamiast płynnie opadać, materia z dysku jest wyrzucana w górę niczym w wysokoenergetycznej fontannie, tworząc tzw. kurtynę akrecyjną.
Materia ta następnie spada w kierunku biegunów magnetycznych gwiazdy z prędkościami rzędu milionów kilometrów na godzinę. Fizycy od dawna podejrzewali, że opadający gaz zderza się z materią, która została uniesiona wcześniej, tworząc swego rodzaju korek uliczny – strefę szoku termicznego, w której temperatura sięga dziesiątek milionów stopni. To właśnie ten obszar jest źródłem intensywnego promieniowania rentgenowskiego.
Zaskakująca polaryzacja
Aby zweryfikować te teorie, zespół badawczy pod kierownictwem Seana Gundersona, adiunkta w Instytucie Kavli w MIT, skierował teleskop IXPE na EX Hydrae. Obserwacje trwały łącznie około siedmiu dni (600 000 sekund). IXPE to pierwsze obserwatorium NASA dedykowane do badania polaryzacji promieniowania rentgenowskiego – czyli uporządkowania kierunku drgań fal elektromagnetycznych.
Wyniki okazały się zaskakujące. Zmierzony stopień polaryzacji wyniósł aż 8 procent, co jest wartością znacznie wyższą niż przewidywały modele teoretyczne.
Z każdym fotonem rentgenowskim docierającym ze źródła możemy zmierzyć kierunek jego polaryzacji – wyjaśnił Herman Marshall z MIT, współautor badania. Gdy zbierzemy ich wystarczająco dużo, możemy wyznaczyć preferowany kierunek i stopień uporządkowania.
Dane pozwoliły astronomom na precyzyjne określenie geometrii układu. Potwierdzili, że źródłem promieniowania jest kolumna gorącej plazmy o wysokości około 3200 km. To mniej więcej połowa promienia samego białego karła i znacznie więcej, niż zakładały wcześniejsze przewidywania dla tego typu układów.
Co więcej, kierunek polaryzacji okazał się prostopadły do kolumny opadającego gazu. Oznacza to, że promieniowanie rentgenowskie nie trafia do nas bezpośrednio – najpierw odbija się od gęstej powierzchni białego karła, a dopiero potem ulega rozproszeniu w przestrzeń kosmiczną.
Okno na ekstremalne środowiska
Odkrycie to ma znaczenie wykraczające poza jeden układ gwiazdowy. Zrozumienie, w jaki sposób białe karły akumulują materię, jest kluczowe dla badania supernowych typu Ia. Te gigantyczne eksplozje, służące astronomom do mierzenia odległości we Wszechświecie, zachodzą właśnie wtedy, gdy biały karzeł przekroczy masę krytyczną na skutek akrecji materii.
Pokazaliśmy, że polarymetria rentgenowska może być używana do dokonywania szczegółowych pomiarów geometrii akrecji białych karłów – podsumował Sean Gunderson. Otwiera to drogę do podobnych pomiarów innych typów akreujących białych karłów, dla których nigdy wcześniej nie przewidywano sygnałów polaryzacyjnych.
Badania te stanowią pierwszy przypadek wykorzystania teleskopu IXPE do analizy polarów pośrednich, udowadniając, że narzędzie to doskonale sprawdza się nie tylko przy obserwacjach czarnych dziur czy gwiazd neutronowych, ale także przy badaniu mniejszych, choć równie ekstremalnych obiektów w naszej Galaktyce.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Scientists get a first look at the innermost region of a white dwarf system
- X-Ray Polarimetry of Accreting White Dwarfs: A Case Study of EX Hydrae
Źródło: MIT
Na ilustracji: Mniejszy biały karzeł (po lewej) ściąga materię z większej gwiazdy do wirującego dysku akrecyjnego. Źródło: Jose-Luis Olivares, MIT
