Рентгеновская оболочка выдаёт взрыв сверхновой в микроквазаре SS 433 ✛ ✎

Оригинал: "An X-ray Shell Reveals the Supernova Explosion for Galactic Microquasar SS 433"
arXiv:2410.06510 · 2024-10-09 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Вокруг чёрной дыры SS 433 найдена горячая оболочка — след сверхновой, взорвавшейся 20–30 тысяч лет назад.

К северу от микроквазара SS 433, в мягком рентгеновском диапазоне, проступила дуга. Слабая, размытая, но упрямо повторяющая контуры, которые уже были знакомы по радионаблюдениям. Астрономы изучили её спектр — и увидели газ, нагретый до одиннадцати миллионов кельвинов. Газ, который не мог нагреться ни джетами, ни ветром аккреционного диска.

Этот газ — застывшая ударная волна. Космический снимок из прошлого: оболочка как законсервированный момент рождения чёрной дыры. Двадцать–тридцать тысяч лет назад массивная звезда взорвалась сверхновой, и её внешние слои до сих пор разлетаются в пространстве. В центре осталась чёрная дыра массой от пяти до пятнадцати солнц, которая теперь затягивает вещество звезды-компаньона и выбрасывает узкие струи плазмы — те самые джеты, делающие SS 433 похожим на гигантский космический штопор.

Туманность W50, внутри которой находится SS 433, из-за своей формы напоминает ламантина, за что получила прозвище «туманность Ламантин».

Раньше было неясно, рождается ли чёрная дыра в такой системе через взрыв или тихим коллапсом без вспышки. Теперь ответ получен: взрыв был. Об этом говорят температура плазмы и обилие кремния, превышающее солнечное в два-три раза. Альтернативные сценарии — нагрев джетами или ветром диска — дают слишком низкую температуру и светимость. Остаётся одно: остаток сверхновой, расширяющийся по модели Седова—Тейлора. Энергия взрыва — около $10^{51}$ эрг. Для сравнения: столько энергии Солнце излучает за десять миллиардов лет.

Это открытие связывает эволюцию двойной системы с её взрывным прошлым. Оно объясняет, откуда берётся вещество для сверхкритической аккреции в молодых микроквазарах: часть вещества, выброшенного при взрыве, падает обратно на чёрную дыру. И оно даёт первую наблюдательную точку на диаграмме «энергия взрыва — масса остатка» — точке, критически важной для калибровки моделей образования чёрных дыр. Теперь, глядя на рентгеновскую дугу к северу от SS 433, астрономы видят не просто горячий газ. Они видят момент, когда звезда умерла, чтобы родилась чёрная дыра.

Туманность W50, внутри которой находится SS 433, из-за своей формы напоминает ламантина, за что получила прозвище «туманность Ламантин».

v_s = \sqrt{\frac{16 kT}{3 \mu m_p}}
Скорость ударной волны вычисляется по температуре плазмы: чем горячее газ, тем быстрее он расширяется. Для температуры около 1 кэВ скорость составляет сотни километров в секунду.
\dot{M} \approx (5.1 \times 10^{-5} M_{\odot}\,\mathrm{yr}^{-1}) \left(\frac{M_c}{8 M_{\odot}}\right) \left(\frac{M_{\mathrm{acc}}}{1 M_{\odot}}\right) \left(\frac{\alpha}{0.01}\right) \left(\frac{t}{10^4\,\mathrm{yr}}\right)^{-1.35}
Оценивает, сколько вещества падает обратно на чёрную дыру спустя тысячи лет после взрыва. Для SS 433 этот темп достаточен, чтобы поддерживать сверхкритическую аккрецию.
Учёные
Stephen HawkingJacob BekensteinRoger PenroseFritz ZwickyFred HoyleMargaret Burbidge
Понятия
формирование сверхмассивных чёрных дыр рост сверхмассивной чёрной дыры формирование остатков сверхновых остаток сверхновой радиогромкий квазар квазизвезда микроквазар обратная связь квазаров звёздный взрыв массовый дефект ядерной реакции квазипериодические извержения Кассиопея A нуклеосинтез первых звёзд предшественник состав галактического гало тор радиогалактика м87 галактика-хозяин рентгеновская вспышка