Объекты во вселенной излучающие рентгеновские лучи

Получена первая карта наблюдаемой Вселенной в рентгеновском излучении

Природа таинственной темной энергии, ответственной за ускорение Вселенной – один из самых волнующих вопросов астрономии и физики. Ученые полагают, что это может быть как энергия вакуума, соответствующая космологической постоянной общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, так и изменяющееся во времени энергетическое поле. Ответ на этот вопрос может стать отправной точкой фундаментальной революции в физике. Рентгеновские наблюдения скоплений галактик дают информацию о скорости расширения Вселенной, вот почему миссия германо-российского аппарата «Спектр-Рентген-Гамма», «Спектр-РГ», (SRG) с рентгеновским телескопом eRosita на борту, получил новую карту наблюдаемой Вселенной.

Перед вами будни Вселенной: ускорение и распад материи, нагретой до сверхвысоких температур, обжигающий газ, черные дыры и взрывы звезд.

Рентгеновское излучение – это невидимое электромагнитное ионизирующее излучение. Рентгеновские лучи, открытые в 1895-96-м году немецким физиком Вильгельмом Рентгеном, способны проникать во все вещества, в той или иной степени теряя свою интенсивность.

Мир в рентгеновском свете

Так как во Вселенной всем управляет гравитация, она же доминирует в эволюции и формировании галактик. Как написано на сайте Института Макса Планка, «рентгеновские наблюдения скоплений галактик дают информацию о скорости расширения Вселенной, доле массы в видимом веществе и амплитуде первичных флуктуаций, являющихся источником скоплений галактик и всей структуры Вселенной.» Исследователи также сообщают, что инструмент eRosita, сканирующий глубины космоса и исследующий структуру Вселенной, получил новую карту ночного неба. Изображение фиксирует множество так называемых насильственных действий в космосе – случаев, когда материя ускоряется, нагревается и измельчается.

Передача первого набора данных, полученных eRosita, была завершена в середине июня. Рентгеновский телескоп регистрирует более миллиона источников рентгеновского излучения. Как пишут исследователи, это почти то же самое число, что было обнаружено за всю историю рентгеновской астрономии. За шесть месяцев астрономам удвоили известное количество источников излучения. Напомню, что «Спектр-РГ» был запущен в июле прошлого года и отправлен на наблюдательную позицию примерно в 1,5 миллионах километров от Земли.

Сверхскопление галактик Шепли является одним из самых массивных во Вселенной

Полученные данные ошеломляют! Надеюсь, наша работа произведет революцию в рентгеновской астрономии.

Кирпал Нандра, возглавляющая группу высокоэнергетической астрофизики в Институте внеземной физики Макса Планка (MPE) в Гархинге, Германия.

Рентгеновская карта Вселенной

На самой подробной и обширной карте звездного неба в мире около миллиона источников рентгеновского излучения. Полоса посередине – плоскость галактики Млечный Путь, центр которой находится в середине эллипса. Астрономы отмечают, что карта была закодирована с помощью цвета, чтобы помочь описать происходящее. Специалисты Роскосмоса пояснили журналистам русской службы ВВС News, что «синие лучи – это фотоны, с энергией 1-2,3 килоэлектронвольт, что соответствует температуре излучающего горячего вещества от 10 до 25 миллионов градусов Кельвина. Зеленые участки — это диапазон 0,6-1 кэВ, и температура вещества от 60 до 10 млн градусов. Красные — самые «холодные» — 0,3-0,6 КэВ и 3-6 млн градусов.»

На большей части плоскости галактики преобладают высокоэнергетические источники. Отчасти это объясняется тем, что большое количество газа и пыли поглотило и отфильтровало низкоэнергетическое излучение. Источники включают звезды с сильными, магнитно активными и чрезвычайно горячими атмосферами. Зеленые и желтые цвета, образующие грибовидный объект – горячий газ внутри и сразу за пределами нашей Галактики. Этот материал запечатлевает информацию о формировании и эволюции Млечного Пути.

Яркое желтое пятно чуть выше плоскости справа – скопление остатков сверхновых – обломков взорвавшихся звезд, ударные волны которых перегрели окружающий кокон пыли и газа. На этом изображении остаток сверхновой Велы. Это остатки взрыва, произошедшего тысячи лет назад, всего в 800 световых годах от Земли.

Рассеянное красное свечение в верхней и нижней частях карты – в основном рентгеновское излучение от горячего газа далеко за пределами Млечного Пути. Белые крапинки представляют собой сигнатуру сверхмассивных черных дыр. Удивительно, но около 80% всех источников на новой карте – гигантские черные дыры, которые находятся в центрах далеких галактик.

Как вы думаете, удастся ли ученым разгадать тайны темной энергии? Обсудить эту и другие тайны Вселенной можно здесь!

Некоторые из сверхмассивных черных дыр на карте, были замечены, когда Вселенная была моложе одного миллиарда лет, что составляет менее 10% ее нынешнего возраста. «Спектр-РГ» и установленный на нем инструмент eRosita в течение ближайших 3,5 сделают семь всероссийских съемок, что позволит телескопу уточнять данные, удалять ошибки и проникать все глубже в космос в поисках слабых источников рентгеновского излучения, которые по-другому никак не обнаружить.

Одна из ключевых задач мисси состоит в том, чтобы составить карту распределения горячего рентгеновского газа, который освещает большие скопления галактик. Астрономы надеются, что эта информация может привести их к новым представлениям о том, как устроена Вселенная и как она изменилась с течением времени. Вполне возможно, что в этом проекте окажутся подсказки о природе темной энергии.

Источник

Дискретные источники рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи занимают область спектра электромагнитных колебаний с длинами волн от 0,3 до100 Å. Это область очень коротковолнового излучения и формально не следовало помещать этот параграф в главу, которая посвящена исследованию Вселенной с помощью радиоволн — самых длинноволновых электромагнитных колебаний. Но рентгеновские лучи не относятся и к оп­тической части спектра. Поэтому помещение данных о дискретных источниках рентгеновских лучей в настоя­щую главу имеет то оправдание, что оно позволит объе­динить исследования, выполненные в неоптическом диапазоне лучей.

Рентгеновские лучи полностью поглощаются атмосфе­рой и до поверхности Земли не доходят. Чтобы выяснить, нет ли во Вселенной объектов, испускающих эти лучи, нужно производить заатмосферные наблюдения. Вопрос этот очень важен, так как рентгеновские лучи находятся на другом от радиоволн конце спектра электромагнитных колебаний, в то время как оптические лучи занимают середину спектра. Имея данные об излучении небесных тел в радио диапазоне, оптическом диапазоне и в диапазоне рентгеновских лучей, астрономия располагала бы возможностью извлекать основную информацию, содержа­щуюся во всем спектре электромагнитных колебаний.

Один дискретный источник рентгеновского излучения известен уже давно — это наше Солнце. Понятно, почему рентгеновское излучение Солнца доступно регистрации. Каждая звезда излучает во всех длинах волн. Но в радио­волнах и в рентгеновских лучах обычные звезды излу­чают энергии в миллионы раз меньше, чем в оптическом диапазоне поэтому эти излучения пока неуловимы. Только благодаря большой близости Солнца можно при­нимать его радио- и рентгеновское излучение.

Возникает, однако, вопрос, нет ,ли на небе каких-нибудь специфичных объектов, обладающих сильным доступным измерению рентгеновским излучением? Ведь имеются, как выяснилось, объекты с сильным радиоиз­лучением. Разрешить этот вопрос можно только при помощи заатмосферных наблюдений.

В июне 1962 г. высотная ракета, снабженная спе­циальным устройством для регистрации потока рентгеновских лучей в длине волны 3 Å, поднялась в штате Нью-Мексико (США). Она обнаружила мощ­ный, источник рентгеновских лучей в области центра Галактики. Последующие запуски ракет позволи­ли внимательно изучить значительную область (58% все­го неба) при разрешающей способности детектора около двух градусов. Исследование записей приборов привело X. Фридмана и его сотрудников к выводу о существова­нии еще двух сильных дискретных источников рентге­новских лучей. Один из них находится в созвездии Скорпиона на расстоянии 20° от направления на галактический центр. Детектор прошел область Скорпиона восемь раз, что по­зволило построить диаграмму распределения интенсивностей рентгеновских лучей в этой области. Полная интен­сивность, источника сравнима с интенсивностью в том же диапазоне спокойного Солнца, которая также измерена при помощи высотных ракет.

Третий дискретный источник рентгеновских лучей совпадает с Крабовидной туманностью, которая является результатом вспышки сверхновой звезды, происшедшей в нашей Галактике в 1054 г. Крабовидная туманность — оптически яркий объект и сильный источник радиоизлу­чения. Теперь выяснилось, что она является также мощным излучателем рентгеновских лучей.

Первые наблюдения дискретных источников рентге­новских лучей обладали малой точностью и чувствитель­ностью. Недостаточная стабилизация высотных ракет, с которых велись наблюдения, не позволяла уверенно определять направление источника. По этой же причине низка была разрешающая способность наблюдений: два близких дискретных источника принимались за один.

Введение усовершенствований в методы стабилизации высотных ракет и использование искусственных спутни­ков Земли позволило значительно повысить точность фиксации положений источников рентгеновского излуче­ния, Теперь она доведена до десятка секунд дуги. Повы­силась также чувствительность детекторов, что позволя­ет обнаруживать более слабые источники.

В 1977 г. Форман и его сотрудники составили каталог рентгеновских источников излучения, построенный при помощи наблюдений, выполненных на ИСЗ «Ухуру» и содержащий 261 источник. А общий каталог, опубли­кованный в 1979 г. П. Р. Амнуэлем, О. Г. Гусейновым и Ш. Ю. Рахамимовым, включает 517 рентгеновских источ­ников излучения.

Расположение на небе этих объектов, как и в случае источников радиоизлучения, указывает на существование двух категорий объектов. Первые имеют достаточно силь­ную галактическую концентрацию — это, как правило, более сильные источники. Вторые галактической кон­центрации не обнаруживают. Очевидно, что среди первых должны преобладать галактические объекты, а среди вторых — внегалактические.

Благодаря достигнутой высокой точности определения положений значительное число рентгеновских источников излучения уже отождествлено с оптически наблюдаемыми объектами. Около сорока из них оказались связанными с двойными звездами. В тесных двойных системах вслед­ствие сильных взаимодействий происходит перетекание вещества от одного компонента к другому. В том месте, где сильно ускорившаяся струя вещества падает на по­верхность звезды, резко возрастает температура, в излу­чении усиливается коротковолновая часть спектра, в том числе рентгеновская. Особенно велики скорости, высоки температуры и сильно рентгеновское излучение, если ве­щество перетекает с нормальной звезды на компактный компонент — нейтронную звезду либо, возможно, «черную дыру». Некоторые из этих объектов оказались рентгенов­скими пульсарами.

Например, рентгеновский источник НегХ-1 отож­дествлен с затменной двойной HZ Her. Наблюдения по­казали, что рентгеновский источник затмевается с перио­дом в 1,7 суток. При этом рентгеновское излучение пол­ностью прекращается на 0,24 суток. «Включение» и «выключение» рентгеновского излучения происходит поч­ти мгновенно, что, в соответствии с теорией, указывает на малую величину области, где генерируется это излу­чение. Оптическая переменность у двойной имеет тот же период —1,7 суток. Рентгеновский источник кроме того обнаруживает импульсивную переменность с периодом 1,24 секунды — это пульсар.

Восемь рентгеновских источников излучения оказа­лись связанными с шаровыми скоплениями. Здесь наибо­лее интересным является то обстоятельство, что во всех случаях источник расположен в центре скопления. Если это опять двойные системы, в которых один из компонен­тов в свою очередь— двойная звезда, то почему все они находятся в центре скоплений? Массы двойных систем не­велики, и значительную часть времени они должны про­водить на заметных расстояниях от центра скопления. Очень мала вероятность события, в котором все восемь двойных систем оказались бы в центре своих скоплений. Но если рентгеновское излучение вызывается столкновением и разогреванием струй вещества при приближении к «черной дыре», масса которой велика, порядка 1000 масс Солнца, то центральное положение источника в скоплении закономерно. Большие массы, взаимодейст­вуя гравитационно с остальными телами скопления, должны скапливаться в его центре. Именно с рентгеновскими источниками излучения, расположенными в цент­рах шаровых скоплений, связаны наибольшие надежды на обнаружение «черных дыр». Но, конечно, нужны до­полнительные аргументы, а пока их найти не удается.

Интересно, что рентгеновский объект, расположенный в ядре Галактики, имеет сходные черты с теми, которые наблюдаются в центрах шаровых скоплений. Может быть, в центре Галактики находится «черная дыра»?!

Рентгеновским источником излучения является пуль­сар Крабовидной туманности. Он не входит в двойную систему, и его рентгеновское излучение является резуль­татом высокой температуры не остывшей поверхности молодой нейтронной звезды. Рентгеновским излучателем является и сама Крабовидная туманность. В этом моло­дом реликте сверхновой скорости газовых масс еще ве­лики, высокая температура их столкновений вызывает рентгеновское излучение.

Большое число внегалактических рентгеновских ис­точников излучения отождествлено с галактиками. Во всех случаях это галактики, обладающие особенностями —широкими эмиссионными линиями в спектрах, ука­зывающими на бурные процессы, и большими скоростями газовых масс в ядрах этих галактик.

Таким образом рентгеновское излучение, само редко встречающееся, являющееся особенностью, всегда оказы­вается связанным с телами, природа которых необычна.
Т.А.Агекян «Звезды, Галактики, Метагалактики» 1981 год. Издание третье, переработаное и дополненое

Приглашаем Вас обсудить данную публикацию на нашем форуме о космосе .

Источник