Центральный источник энергии загадочных пульсирующих Крайних Ярких источников рентгена (ULX) мог быть нейтронной звездой согласно числовым моделированиям, выполненным исследовательской группой во главе с Tomohisa Kawashima в Национальной Астрономической Обсерватории Японии (NAOJ).ULXs, которые являются удивительно яркими источниками рентгена, как думали, были приведены в действие черными дырами. Но в 2014, космический телескоп рентгена «NuSTAR» обнаружил неожиданный периодический, пульсировал эмиссия в ULX, названном M82 X-2. Открытие этого объекта под названием «ULX-пульсар» озадачило астрофизиков.
Черные дыры могут быть достаточно крупными, чтобы обеспечить, энергия должна была создать ULXs, но черные дыры не должны быть в состоянии произвести, пульсировал эмиссия. Напротив, «пульсары», своего рода нейтронная звезда, названы по имени пульсировавшей эмиссии, которую они производят, но они намного более слабы, чем ULXs. Новая теория необходима, чтобы объяснить «ULX-пульсар».ULXs, как думают, вызваны объектом с прочным газом срастания силы тяжести от сопутствующей звезды.
Когда газ падает к объекту, он сталкивается с другим газом. Эти столкновения нагревают газ, пока не становится достаточно жарким, чтобы начать пылать.
Фотоны (в этом случае рентген) испускаемый этим ярким газом – то, что на самом деле наблюдают астрономы. Но поскольку фотоны перемещаются далеко от центра, они прижимаются к поступающему газу, замедляя поток газа к центру. Эту силу называют радиационной силой давления. Когда больше газа падает на объект, становится более жарко и более ярким, но если это становится слишком ярким, радиационное давление замедляет infalling газ так, что это создает «пробку».
Эта пробка ограничивает уровень, по которому новый газ может добавить дополнительную энергию к системе и препятствует тому, чтобы она стала немного более яркой. Эту яркость верхний предел, в котором радиационное давление уравновешивает гравитационную силу, называют яркостью Eddington.Яркость Eddington определена массой объекта.
Поскольку у пульсаров есть массы сотни тысяч времен меньше, чем черные дыры, которые, как думают, приводили ULXs в действие, их яркости Eddington намного ниже, чем, что было бы необходимо, чтобы составлять яркий ULXs. Но Kawashima и его команда начали задаваться вопросом, мог ли бы быть путь к пульсарам, чтобы избежать пробки, вызванной яркостью Eddington. «Астрофизики были так озадачены», объясняет он, «Может быть трудно выдержать сверхкритический прирост на нейтронные звезды, потому что у нейтронных звезд есть твердые поверхности, в отличие от черных дыр. Это была великая проблема объяснить, как понять, что сверхкритический прирост на нейтронный показ звезд пульсировал эмиссия».
Для нормальных пульсаров исследователи используют «модель» колонок прироста, куда infalling газ управляется сильным магнитным полем пульсара так, чтобы это приземлилось на магнитные полюса. Если магнитный полюс будет разрегулирован с осью вращения нейтронной звезды (во многом как то, как ‘магнитный север’ отличается с ‘истинного севера’ на Земле), то местоположение магнитного полюса будет вращаться вокруг оси вращения, поскольку нейтронная звезда вращается.
Если магнитный полюс указывает на Землю, кажется ярким нам, но когда это вращается далеко, эмиссия, кажется, исчезает. Это подобно тому, как маяк, кажется, мигает, поскольку направление его луча вращается.
Чтобы обратиться к тайне ULX-пульсара, Kawashima и его команда выполнили моделирования, чтобы видеть, есть ли некоторый способ, которым колонки прироста газа могли бы течь гладко без пробки и стать сотнями времен, более ярких, чем яркость Eddington. «Никто не знал, мог ли бы сверхкритический прирост колонки на самом деле быть понят на нейтронной звезде», объясняет Шин Минешидж в Киотском университете, «Это была жесткая проблема, потому что мы должны были одновременно решить уравнения гидродинамики и излучающую передачу, которая потребовала продвинутых числовых методов и вычислительной мощности». В 1970-х несколько астрофизиков кратко обратились к вычислению умеренно (не чрезвычайно) сверхкритические колонки прироста, однако они должны были сделать много предположений, чтобы сделать вычисления осуществимыми. «Но благодаря недавним событиям в методах и компьютерных ресурсах», говорит Кен Охсуга в NAOJ, «мы теперь в рассвет гидродинамической радиацией эры моделирований. " Кодексы уже используются для исследований, сосредоточенных на моделированиях черной дыры.
Таким образом, вызванный открытием ULX-пульсара, эта команда применила их гидродинамический радиацией кодекс, чтобы моделировать сверхкритические колонки прироста на нейтронные звезды и выполнила моделирования на суперкомпьютере NAOJ «ATERUI».Команда нашла, что для infalling газа на самом деле возможно избежать, чтобы яркость Eddington вызвала пробку в сверхкритическом приросте колонки. В их моделированиях срастающийся газ формирует фронт шока около нейтронной звезды. Здесь, огромная сумма кинетической энергии infalling газа преобразована в тепловую энергию.
Газ чуть ниже поверхности шока быстро нагрет этой энергией и испускает огромное количество фотонов. А скорее, чем выражение несогласие с infalling газом, поскольку предложили предыдущие модели, фотоны направлены стороны колонки. Это означает без пробки, больше газа может обрушиться быстро, быть нагрето фронтом шока и произвести больше фотонов, так, чтобы процесс не был вынужден замедлиться.
Модель команды NAOJ может составлять наблюдаемые особенности ULX-пульсара: высокая яркость и направленные лучи фотонов, которые, будет казаться, будут мигать как нейтронная звезда, вращаются. Удивительно, направление лучей фотона под прямым углом к полярным лучам, ожидаемым в стандартной модели пульсара.
Это – первое моделирование, которое поддержит идею, что центральный двигатель ULX-пульсара – нейтронная звезда.Эта команда планирует далее развивать их работу при помощи этой новой модели маяка, чтобы изучить подробные наблюдательные особенности ULX-pulsar M82 X-2 и исследовать других кандидатов ULX-пульсара.Это исследование было поддержано частично Обществом Японии Продвижения Науки через Гранты в поддержку на Научный Research（ № 26400229, 15K05036） и ШПИЛЬ MEXT и JICFuS как приоритетный вопрос (Разъяснение фундаментальных законов и эволюция вселенной), чтобы быть занятым при помощи Почты K Компьютер.
Их статья, названная «Гидродинамическая радиацией модель колонок прироста для Ультраяркого пульсара рентгена», появится в Публикациях Астрономического Общества Японии 8 сентября 2016.