XRISM выявляет медленный горячий газ вблизи черной дыры во время слабой рентгеновской фазы

Международная исследовательская группа сообщила о замечательных выводах из рентгеновского наблюдения рентгеновских лучей Black Hole 4U 1630–472, расположенного в нашей галактике. XRISM-это рентгеновский астрономический спутник, разработанный Японией в сотрудничестве с Соединенными Штатами и Европой, и был запущен в космическом центре Танегасимы 7 сентября 2023 года.

Это наблюдение, проводимое во время замирающего конца вспышки, успешно захватило высоко ионизированные линии поглощения железа в самом слабом рентгеновском состоянии системы. Результаты дают редкий взгляд на структуру и движение горячего газа вокруг черной дыры во время своей слабой рентгеновской фазы, предоставляя новое представление о том, как эти экстремальные системы развиваются и взаимодействуют с их окружением.

Работа есть опубликовано в Астрофизические журнальные буквыПолем Команду возглавлял профессор Джон М. Миллер (Университет Мичигана), доктор Мизаки Мизумото (Университет педагогического образования Фукуока) и доктор Мегуми Шидацу (Университет Эхиме).

Черные отверстия варьируются от нескольких до миллиардов Солнечные массыПолем Двоиц рентгеновского излучения черной дыры содержит черную дыру звездного масса, обычно менее чем в десять раз больше солнечной массы, вращая нормальную звезду. Газ, нарисованный от спутниковой звезды, спираль к черной дыре, образуя чрезвычайно горячий аккреционный диск. В своих внутренних регионах температура может достигать почти 10 миллионов Кельвинов, генерируя интенсивную рентгеновскую эмиссию.

Около 100 подтвержденных или кандидатов в черную дыру рентгеновские двойные двоичные файлы известны, в том числе известный Cygnus X-1. Эти системы проводят большую часть своего времени в тускнем состоянии, но иногда подвергаются вспышкам, в течение которых их рентгеновская яркость может увеличиться на 10 000 человек примерно за неделю. Во время таких эпизодов некоторые системы выпускают мощные ветры от своих аккреционные дискитем не менее, условия, которые вызывают такие большие вспышки и запуск ветров, остаются плохо изученными.

Изучение этих черных дыр в звездной массе также дает ценную информацию о поведении супермассивных черных отверстий в центрах галактик, которые могут глубоко влиять на формирование звезд и галактическую эволюцию. Наблюдая за звездной массой Черные дыры Близко астрономы стремятся выявить универсальные процессы, которые формируют космические среды.

Xrism несет в себе религиозную резок, передовый мягкий рентгеновский спектрометр, способный измерять рентгеновские энергии с беспрецедентной точностью. Вскоре после начала регулярных операций команда наблюдала 4U 1630–472, рентгеновский бинар Black Hole, расположенный в созвездии Норма. Примерно через 25 часов с 16–17 февраля 2024 года XRISM поймал систему непосредственно перед тем, как он вернулся к поколению в хвостовом конце взрыва, когда его рентгеновская яркость уже упала примерно до одной десятой его пика.

Наблюдение за переходными явлениями требовало быстрой координации. Команда ежедневно проводила ежедневно мониторинг рентгеновских двоичных файлов Black Hole, используя широкополевые рентгеновские инструменты, а затем тесно сотрудничала с операционной командой Xriism, чтобы скорректировать график в короткие сроки, что делает это наблюдение возможным.

Полученные спектры выявили четкие линии поглощения из сильно ионизированного железа, даже на этой смутной стадии. Примечательно, что во второй половине наблюдения поглощение усилилось, несмотря на небольшое изменение яркости рентгеновских лучей.

Анализ показал, что поглощающий газ проживал во внешнем аккреционном диске, движущийся менее чем на ~ 200 км/с, намного медленнее, чем ветры ~ 1000 км/с, наблюдаемые в более ярких фазах. На таких низких скоростях газ остается гравитационно связанным с черной дырой. Увеличение абсорбции во второй половине наблюдения, вероятно, произошло из локализованного газового облака на внешнем краю диска, возможно, сформировалось, где переворачивающий поток от сопутствующей звезды столкнулся с диском.

Эти наблюдения отмечают первый раз, когда подробные функции поглощения были разрешены в рентгенографии черной дыры при такой низкой светимости. Благодаря исключительным спектральным возможностям Xriism астрономы смогли отобразить движение и распределение горячего газа вблизи черной дыры в режиме, который ранее находился за пределами досягаемости.

Результаты показывают, что даже когда рентгеновский выход слабый, может присутствовать высоко ионизированный газ-и, возможно, в движении-приводит к черной дыре. Это дает ценную информацию о притоке и оттоке газа на аккреционном диске и физических условиях, которые могут вызвать образование ветра.

Эти результаты указывают на то, что в слабом состоянии, наблюдаемом здесь, высокотемпературный газ не избегает системы как ветра. Тем не менее, в более ярких штатах, 4U 1630–472 был замечен, запуская мощные, высокоскоростные оттоки, поднимая ключевые вопросы:

• Какие точные условия в светимости и структуре диска запускают ускорение газа в быстрые ветры?
• Сколько массы и энергии такие ветры вводят в их окружение?

Следующая цель команды состоит в том, чтобы поймать будущие вспышки на разных уровнях яркости с XRISM, что позволяет им отслеживать, как изменяются свойства газа с течением времени. Сейчас они находятся в режиме ожидания, готовые быстро реагировать, когда произойдет следующее извержение из рентгеновского бинарного излучения черной дыры.