Mikrokwazar XTE J 1550-564 gra w ping-ponga

30 kwietnia 20003, NASA opublikowała, na portalu teleskopu Chandra, stronę zadedykowaną mikrokwazarowi XTEJ1550-564.

Źródło: Obserwatorium Chandra

Komentarz towarzyszący jest w najwyższym stopniu interesujący.

Seria zdjęć z Chandra pozwala naukowcom śledzić ewolucję wielkich dżetów rentgenowskich, wytwarzanych przez czarną dziurę w podwójnych układzie gwiazdowym. Jak pokazuje schemat, materia gazowa wyciągana ze zwykłej gwiazdy formuje dysk wokół czarnej dziury. Gaz nagrzewa się do temperatury milionów stopni, a intensywne siły elektromagnetyczne w dysku mogą mogą wyrzucić strugę wysoko energetycznych cząstek.

Wybuch promieni rentgenowskich ze źródła, XTE J1550-564, został zarejestrowany przez należący do NASA Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) w 1998 roku. Dalsze obserwacje przy pomocy Chandra i radioteleskopów pozwoliły wykryć pierwszy dżet (z lewej), a następnie kolejny (z prawej), złożony z wysoko energetycznych cząstek, oddalających się od czarnej dziury z około połową prędkości światła. Cztery lata po wybuchu oba dżety przesunęły się przeszło 3 lata świetlne, a lewy dżet zwalniał i zanikał.

Obserwacje wskazują, że dżet po lewej porusza się wzdłuż linii nachylonej w stronę Ziemi, podczas, gdy prawy dżet nachylony jest przeciwnie. Tłumaczyłoby to, dlaczego lewy dżet zdawał się poruszać dalej od czarnej dziury niż dżet po prawej, oraz dlaczego zanikł pierwszy. Aczkolwiek, biorąc pod uwagę takie ułożenie, trudno jest zrozumieć względną różnicę w jasności prawego dżetu, ponieważ oddala się on i powinien być ciemniejszy, niż wygląda. Jednym z wyjaśnień jest zanurzanie się go w gęsty obłok gazu. Opór gazu spowolniłby dżet, i spowodował falę uderzeniową dostarczającą energii elektronom, powodując ich świecenie. Obserwowany kometarny kształt prawego dżetu wskazuje, iż faktycznie oddziałuje on z gazem międzygwiezdnym.

Wyrzucenie dżetów przez gwiazdową czarną dziurę i supermasywną czarną dziurę jest częstym zjawiskiem we Wszechświecie, i okazuje się być jednym z przekazywania przez czarne dziury energii do otoczenia. Chociaż przyjmuje się, że wszystkie dżety spowalnia opór gazu, przez który się poruszają, dla dżetów z supermasywnych czarnych dziur może to trwać miliony lat.

Dżety XTE J1550 są pierwszymi, które uchwycono w trakcie spowalniania. Podczas czterech lat astronomowie obserwowali proces, który w przypadku supermasywnych czarnych dziur może trwać nawet miliony lat. Podkreśla to wartość badań nad czarnymi dziurami w naszej galaktyce, takimi, jak XTE J1550.

Przyjrzyjmy się temu bliżej.

Mikrokwazar XTE 1550-564 (źródło: Chandra)

Obserwacje pokazują, że proces przebiegał w trzech głównych etapach:

1. Supernowa (?) w centrum 22 września 1998 roku.
2. Fala uderzeniowa niewidocznego dżetu z lewej, 9 czerwca 2000 roku.
3. Fala uderzeniowa niewidocznego dżetu z prawej, 11 marca 2002 roku.

Całkowity czas: 42 miesiące.

Obserwacje wykonane przez Chandra z trudem łączą się z teorią o polarnych dżetach, którą proponują teoretycy (patrz: obrazek). Oczywisty problem, jasność prawego dżetu, został jasno wyrażony na stronie Chandra. Jasność ta nie zgadza się z prędkością (0,5 c), oraz zakładaną jego orientacją przestrzenną.

W rzeczy samej dżet ten miał się pojawić jako drugi, skoro się od nas oddala. Teraz, rozważając prawa fizyki, powinien być mniej jasny...

Wyjaśnienie zaproponowane przez NASA (Chandra) należy oczywiście do możliwych. Pozostaje jednak bardzo hipotetyczne. Należałoby założyć, że mikrokwazar (czarna dziura?) wyrzucił symetrycznie dwa dżety plazmy w absolutnej próżni. Plazma ta napotkałaby, w różnej odległości, gaz o względnie dużej gęstości, który zjonizowała. Przerwa czasowa, spowodowana [ograniczoną] prędkością światła byłaby wówczas powiązana z kątowym nachyleniem osi rozchodzenia się dżetów (patrz: animacja powyżej). Ale wówczas...

Pytania i obiekcje

1. Dlaczego lewy dżet uległ rozmazaniu przed pojawieniem się prawego?
2. Dlaczego nie ma czasoprzestrzennej symetrii pomiędzy nimi?
3. Nic nie pozwala wykluczyć, że wkrótce z kolei prawy dżet zaniknie, co kwestionowałoby teorię o ciągłych dżetach.

Pulsar Krab. Obróbka cyfrowa: B. Lempel

M 81. Obróbka cyfrowa: B. Lempel.

Wiatr słoneczny.

Naprzemienny okresowy dżet.

Istnieją inne hipotezy, odrobinę siarkawe, ale logiczne, oparte na przykładach otrzymanych z obserwacji i obróbki zdjęć:

1. Pulsar Kraba.
2. Jądro M81.
3. Wiatr słoneczny oraz Ziemia.

Mikrokwazar mógłby być w rzeczywistości układem podwójnym, w którym oba obiekty obiegają się po bardzo wydłużonych orbitach. Ich trajektorie w sposób bardzo naturalny powodowałyby okresowe ustawianie się w dwóch symetrycznych pozycjach przy największym zbliżeniu. To w tych ustawieniach powinien powstawać dżet, w płaszczyźnie orbitalnej obu gwiazd, a nie w biegunowej osi kwazara. Wyjaśnienie powstawania dżetów jest do znalezienia w zjawiskach magnetohydrodynamicznych. Cząstki (wiatr gwiazdowy) wystrzelone z gwiazd byłyby skupiane i przyspieszane ku drugiej gwieździe. Omijałyby jej magnetosferę i były wyrzucane na zewnątrz jako dżet (model taki jak w przypadku oddziaływania wiatru słonecznego z ziemską magnetosferą).

Zatem okres wzbudzenia obu obiektów, wchodzących w skład XTE J 1550 byłby większy niż 42 miesiące, czyli ponad 7 lat ziemskich.

Wnioski

1. Jeże;i orbity na prawdę są bardziej lub mniej wydłużonymi elipsami, wówczas możemy się spodziewać ponawiania się sekwencji zdarzeń ale z względnie z raczej długą przerwą pomiędzy.
2. A jeżeli orbity są hiperbolami (wyrzucenie obiektu towarzyszącego), wówczas zaobserwowana sekwencja nigdy się nie ponowi.
3. Jeśli późniejsze obserwacje potwierdzą to przypuszczenie, to...
4. Już się stało. Potwierdzenie nadeszło z ESA.

Literatura

Poniższe dokumenty mogą być pobrane i skonsultowane na HEXTE Publications.

1. AAJ - 563:229 » 238, 2001 Dec 10 - X-RAY observations of XTE J1550 564 during the decay of the 2000 Outburst. I. CHANDRA and RXTE Energy Spectra. - J.A. Tomsick, S. Corbel and P. Kaaret.
2. arXiv:astro-ph/0105115 v1 7 May 2001- Multiwavelength Observations of the Black Hole Candidate XTE J1550-564 during the 2000 Outburst. Raj K. Jain et al.
3. A.J, 554:43»48, 2001 June 10 - X-Ray States and Radio Emission in the Black Hole Candidate XTE J1550-564. S. Corbel et al.

Inne dokumenty:

1. Jets et Systèmes binaires - Bernard Lempel. L'Astronomie Vol 117-Sept 03. SAF. (PDF=1,6 MB)
2. To samo, Jets and binary Systems - B. Lempel, ale przetłumaczone z francuskiego [na angielski]) (PDF, 588 KB)
3. Le pulsar du Crabe, Faits et Contradictions. (francuski) Nowe
4. "Deep impact" of pulsar around companion star (ESA - 28 lutego 2006) Nowe
5. TeV gamma rays from the Binary Pulsar PSR B1259-63 (kwiecień 2005)
6. http://xxx.lanl.gov/PS_cache/astro-ph/pdf/0506/0506280.pdf
7. XMM-Newton observations of PSR B1259–63 near the 2004 periastron passage
8. Cannibal stars like their food hot, XMM-Newton reveals (ESA marzec 2006)

---

Autor: Bernard Lempel

Przetłumaczono z: The Micro Quasar XTE J 1550-564 plays ping-pong

Przetłumaczył: Łukasz Buczyński

Tornado w kosmosie (2)

Góra: Herbig Haro 111, gwiazda z dżetem, którego włókna ciągną się na 12 lat świetlnych. Na dole: Hannes Alfvén, ojciec współczesnej fizyki plazmowej, odbiera Nagrodę Nobla od króla Szwecji w 1970. Źródła: Bo Reipurth CASA/U. Colorado) et al., HST, NASA.

29 sierpnia 2006

Pamięci przestróg Alfvéna.

W dwudziestym wieku, astronomowie wykazali tylko ograniczone zrozumienie dla zjawisk plazmowych. Najbardziej ignorowana jest rola prądu elektrycznego w plazmie, rzeczy im nieznanej. W rezultacie, kaskada najbardziej niedawnych obserwacji pozostawiła ich rządnych wyjaśnień.

W poprzednim Zdjęciu Dnia wskazaliśmy na tajemniczy obiekt Herbig Haro 49/50, opisany konwencjonalnie jako rodzące gwiazdy kosmiczne tornado, wykazujące cechy, które są, według słów astronomów, słabo poznane. Próby wyjaśnienia strumieni przy użyciu standardowych modeli astronomicznych zawiodły. Jaka siła odpowiada za stworzenie wysoko energetycznego strumienia, rozciągniętego na lata świetlne? I jakim sposobem dżet ten pozostał wąski i skupiony na takiej odległości? Gwiazdy z dżetami, obserwowane obecnie setkami, nie znajdują wygodnego miejsca w leksykonie tradycyjnej astronomii.

Jedyną znaną siłą, która mogłaby zapobiec gwałtownemu rozprężeniu się w próżni, jest magnetyzm, a tylko prąd elektryczny może wytwarzać pole magnetyczne. Ale we wczesnym XX wieku, środowisko astronomów przyjęło już ideę, że to grawitacja i bezwładność rządzą niebiosami. Mając skonstruowaną prostą i bezpieczną wizję kosmosu, nie są chętni do zajmowania się bardziej egzotycznymi siłami, za wyjątkiem drugorzędnych rozważań, przypisu do matematycznie eleganckiego wielkiego obrazu kosmosu.

Z górnym zdjęciem powyżej związana jest tajemnica: 1500 lat świetlnych od Ziemi leży Herbig Haro 111, posiadający dżet długi na 12 lat świetlnych, składający się z naładowanych cząstek, rozpędzonych do prędkości 500 km/s. Włóknisty i węzłowaty strumień rozciąga się na długość trzykrotnie większą, niż odległość Słońca do najbliższej gwiazdy.

Autorzy domowej strony internetowej Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, omawiając kwestię gwiazdowych dżetów, nieświadomie odzwierciedlają wizję astronomów. Szukają przyczyn skolimowanych i wąskich dżetów w pojęciach wydmuchu, umieszczonego na jednym z końców - wyjaśnieniu, które pokazuje, że cala nauka traktuje o gazach w próżni. Zgrzyty są nieuniknione. widzimy je, na przykład, kiedy autorzy strony internetowej Hubble'a przyznają, że pola magnetyczne mogą skupiać gaz w wąskie strumienie. Jest to możliwość, odpowiadają, ale nie ma jak dotąd bezpośrednich dowodów obserwacyjnych, że pola magnetyczne są ważne.

Ostatecznie większość astronomów przyjęło do wiadomości wszechobecne istnienie pól magnetycznych w kosmosie. Ale w obliczu tej wiedzy, jak mogli oni zachować swoją fundamentalną zasadę, według której elektryczność nie wpływa na kakrokosmos?

Przez pewien czas astronomowie sądzili, że mają sojusznika w błyskotliwym inżynierze plazmowym, Hannesie Alfvénie, któremu cała współczesna fizyka zawdzięcza nowe spojrzenie na rolę elektryczności i magnetyzmu z plazmie. Wkład Alfveacute;na oparty był na pionierskich badaniach laboratoryjnych. W swoich wczesnych publikacjach mówi on o polu magnetycznym, które jest wmrożone w obojętną [elektrycznie] plazmę. Dla astronomów pojęcie to było bardzo atrakcyjne! Oznaczało to, że plazma w kosmosie mogła zostać namagnesowana na wczesnym etapie ewolucji gwiazd i galaktyk, wszystko to pod kontrolą dynamiki grawitacyjnej wyższego rzędu. Każde energetyczne zdarzenie mogło być wciąż wyjaśniane w terminach odseparowanych wysp materii, poruszających się wyłącznie w uścisku grawitacji.

Będąc pod wczesnymi założeniami Alfvéna, astrofizycy zaczęli studiować magnetyczną plazmę, bez poszukiwania większych prądów elektrycznych. Zaczęli postrzegać prądy elektryczne jako miejscowe i lokalne zjawiska, potrzebne tylko do tego, aby namagnesować plazmę, doskonały przewodnik. Obecnie, koncept Alfvéna co do wmrożonego w plazmę pola magnetycznego stanowi fundament większości interpretacji głównego nurtu, dotyczących magnetyzmu w kosmosie. Podejście to pozwala astronomom patrzeć w przeszłość na przyczynowe prądy elektryczne, jako na dłużej już nieistotne. Studiowanie namagnesowanej plazmy nazywa się obecnie magnetohydrodynamiką, i przyznaje się, że Alfvén jest fundatorem tej dziedziny. W 1970 odebrał on Nagrodę Nobla za fundamentalne odkrycia w magnetohydrodynamice.

Krytycznym zwrotem tej historii, o którym się niemal w ogóle nie mówi w społeczności astronomów, jest to, że Alfvén uświadomił sobie, że był w błędzie. Wykorzystał okazję, jaką była jego przemowa z okazji odebrania nagrody, aby prosić naukowców o zignorowanie jego wcześniejszej pracy. Pola magnetyczne, powiedział, to tylko część historii. nie należy przeoczać prądów elektrycznych, które te pola tworzą, a współczesne próby modelowania plazmy kosmicznej bez istnienia prądów elektrycznych skieruje astronomię i astrofizykę na drogę do kryzysu.

Alfvén twierdził, że zachowanie plazmy jest zbyt skomplikowane i kapryśne dla matematyków. Jest to dziedzina zupełnie nie dla eleganckich teorii matematycznych. Wymaga ona praktycznej uwagi w laboratorium. Na nieszczęście, obserwował, jak plazmowy wszechświat staje się poletkiem dla teoretyków, którzy nigdy nie widzieli plazmy w laboratorium. Wielu z nich wciąż wierzy we wzory, o których wiemy z eksperymentów, że są błędne.

Alfvén wciąż i wciąż powtarzał: założenia dzisiejszej kosmologii są rozwijane przy pomocy najbardziej wymyślnej matematyki, i tylko sama plazma nie rozumie, jak piękne to są teorie i absolutnie odmawia podporządkowania się im.

Kryzys teoretyczny tylko się pogłębił, gdy astronomowie zobaczyli Wszechświat przy pomocy potężniejszych teleskopów, oraz urządzeń, które mogą widzieć pełne pasmo elektromagnetyczne. Gdziekolwiek spojrzeli, napotykali efekty działania pola magnetycznego - dzika kartę, która nieuchronnie niweczyła ich podstawowe założenie standardowej astronomii: plazma kosmiczna nie może permanentnie posiadać wmrożonego pola magnetycznego. W rozrzedzonym środowisku plazmowym, do podtrzymania pola magnetycznego potrzebny jest prąd elektryczny. Obiekty Herbig Haro - i niezliczone inne obiekty w kosmosie - są fundamentalnymi wyzwaniami dla elektrycznie sterylnego wszechświata astronomów.

Dziesięciolecia temu Alfvén pokazał, że gwiazdy posiadają obwód elektryczny, obejmujący płaski prąd równikowy i polarne prądy strumieniowe. Zanotował, że energia elektromagnetyczna może być przechowywana w płaszczyźnie prądu równikowego, aż do pewnego krytycznego momentu, kiedy energia jest przełączana do wyładowania biegunowego. Wynikowy strumień otrzymywałby energię z przyspieszających cząstki warstwy podwójnej, izolującej ściany plazmy, przez którą biegnie silne pole elektryczne. W obecności tego pola, grawitacja gwiazdy musi ustąpić miejsca sile znacznie potężniejszej, która wyrzuca przyspiesza materię na zewnątrz (podobny mechanizm jest obecnie opracowywany dla zaawansowanych plazmowych silników rakietowych).

Dekady eksperymentów laboratoryjnych pokazały, że toroidalne pole magnetyczne, utworzone przez biegunowe wyładowanie plazmowe, zwęża to wyładowanie w wąski strumień. W próżni, pole magnetyczne powstrzymuje gorący gaz przed gwałtownym rozproszeniem i schłodzeniem, jak kłąb pary. W ten sam sposób eksperymenty z plazmą pokazały, że to energia elektryczna tworzy i oświetla włókna i węzły wzdłuż ścieżki wyładowania. Tak więc teoretycy elektryczności mogą się tylko drapać po głowie, gdy widzą okrzyki zaskoczenia i zakłopotanie na widok tajemniczych międzygwiezdnych dżetów. Nowe odkrycia po prostu potwierdzają obserwacje Alfvéna i jego kolegów: eksperymenty laboratoryjne nad plazmą są skalowalne do kosmicznych wymiarów.

To zdrowy rozsądek inżynierów elektryków, nie eleganckie równania, ukazują oczywistość obiektów Herbig Haro. Prąd osiowy, zwężany indukowanym toroidalnym polem magnetycznym, płynie wzdłuż dżetu na całej jego długości. Tylko pole elektryczne może przyspieszać cząstki w przestrzeni międzygwiezdnej. Nie ma tu wydmuchów na jednym końcu, wykonujących niemożliwe. Dżet nie przeczy dobrej nauce, lecz ją umacnia. I jeśli zdjęcie mówi głośniej niż dzisiejsze grawitacyjne dogmaty, to jest tak dlatego, że przestrzeń międzygwiezdna ożywiana jest prądami elektrycznymi.

---

Redaktorzy zarządzający: Steve Smith, Mel Acheson

Przetłumaczono z http://www.thunderbolts.info/tpod/2006/arch06/060829tornadospace2.htm