84 niezwykle miękkie źródła promieniowania X ukrywały się w danych Chandry

Astronomowie kierowani przez Mustafę Muhibullaha znaleźli 84 jasne, punktowe źródła promieniowania X, które w dużej mierze umknęły dotychczasowym przeglądom pobliskich galaktyk. Nazwano je hipermiękkimi źródłami promieniowania X (HSS, od hypersoft X-ray sources), ponieważ emitują niemal wyłącznie promieniowanie o wyjątkowo niskiej energii — głównie poniżej 0,3 keV. Odkrycie było możliwe dzięki ponownej analizie publicznie dostępnych danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra należącego do NASA. 3

Próbę tworzą obiekty z galaktyk spiralnych M31, czyli Andromedy, oraz M101, znanej jako Galaktyka Wiatraczek, a także z czterech galaktyk eliptycznych. To na razie klasa zdefiniowana obserwacyjnie: dane wyraźnie pokazują wspólną, nietypową sygnaturę energetyczną, ale natura każdego z tych źródeł pozostaje nieustalona. 3

Dlaczego pozostawały niewidoczne?

Typowe poszukiwania źródeł rentgenowskich koncentrują się na wyższych energiach. W przypadku HSS jest odwrotnie: obiekty są dobrze widoczne jedynie w najniższym zakresie energii rejestrowanym przez Chandrę, a na standardowych obrazach w wyższych energiach są słabe albo całkowicie znikają. Badacze klasyfikują je na podstawie dominującej emisji poniżej 0,3 keV oraz bardzo wysokiego stosunku liczby fotonów o energii 0,15–0,3 keV do liczby fotonów w paśmie 0,3–1,0 keV. 3

Ich wykrywanie utrudniają dwa ograniczenia:

• czułość Chandry staje się szczególnie wymagająca przy najniższych energiach, na granicy jej zakresu obserwacyjnego;
• ultrafiolet, którego można oczekiwać przy tak miękkim widmie, jest skutecznie pochłaniany po drodze przez międzygwiazdowy wodór i hel.

Powstaje w ten sposób luka obserwacyjna między astronomią rentgenowską a ultrafioletową. Wcześniejsze analizy danych Chandry wskazywały już, że źródła emitujące wyłącznie poniżej 0,3 keV w dużej mierze nie trafiały do standardowych katalogów i opublikowanych list obiektów. 6

Co może zasilać taką emisję?

Jednym z głównych wyjaśnień jest układ podwójny z akrecją. Zwarty obiekt — biały karzeł, gwiazda neutronowa lub czarna dziura — odbiera materię swojej gwieździe towarzyszącej. Opadający gaz rozgrzewa się, ale zamiast typowego dla wielu układów rentgenowskich silniejszego promieniowania X może wytwarzać widmo zdominowane przez ekstremalny ultrafiolet i ultrasłabe energetycznie promieniowanie X.

Z widm Chandry wyprowadzono temperatury rzędu 200–250 tys. °C. Nie są to jednak bezpośrednie pomiary: wartości wynikają z modeli opartych na danych uzyskanych na niskoenergetycznej granicy możliwości teleskopu. Taki sam „hipermiękki” wygląd może więc mieć więcej niż jeden rodzaj zwartego obiektu albo różne stany akrecji.

Możliwy trop w sprawie supernowych typu Ia

Jeżeli część HSS okaże się białymi karłami, które stabilnie gromadzą materię od towarzysza, mogą one wskazywać układy zbliżające się do warunków prowadzących do eksplozji supernowej typu Ia. Ustalenie, jakie układy są rzeczywistymi prekursorami takich supernowych, nadal należy do ważnych nierozwiązanych problemów astrofizyki gwiazd.

Ich potencjalnie silna emisja ultrafioletowa może mieć znaczenie również dla otaczającego gazu międzygwiazdowego. Fotony UV jonizują gaz, a stopień jonizacji wpływa na jego chemię i chłodzenie. NASA zwraca uwagę, że nowo wykryte źródła mogą być istotne zarówno dla badań nad prekursorami supernowych typu Ia, jak i dla jonizacji gazu międzygwiazdowego.

Teleskop Hubble’a ma sprawdzić hipotezę

Kolejnym krokiem będą obserwacje Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Mają one wykryć — albo wyznaczyć ograniczenia dla — ultrafioletowych odpowiedników wybranych HSS. Będzie to niezależny test ilości promieniowania UV przewidywanej na podstawie ultrasoftowego widma rentgenowskiego Chandry.

Połączenie danych UV z jasnością i zmiennością w promieniach X, analizą lokalnego otoczenia oraz śladami obecności gwiazdy towarzyszącej może pozwolić odróżnić układy z białymi karłami od tych zawierających gwiazdy neutronowe lub czarne dziury. Odpowie też na kluczowe pytanie: czy HSS są jedną fizyczną populacją, czy raczej wspólną etykietą dla kilku rodzajów układów podwójnych o podobnej, skrajnie niskoenergetycznej sygnaturze.