Korzystając z najpotężniejszych teleskopów na Ziemi i w kosmosie, zespół astronomów po raz pierwszy odkrył podmuchy gorącego, ciepłego i zimnego wiatru pochodzącego od gwiazdy neutronowej, która pochłania materię z pobliskiej gwiazdy. Odkrycie zapewnia nowy wgląd w zachowania niektórych z najbardziej ekstremalnych obiektów we wszechświecie.
Binaria rentgenowskie o małej masie (LMXB) to układy zawierające gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Są one zasilane materią wyrwaną z sąsiedniej gwiazdy w procesie znanym jako akrecja. Większość akrecji ma miejsce podczas gwałtownych erupcji, w których systemy dramatycznie się rozjaśniają. W tym samym czasie część materiału, w którym porusza się spirala, jest wypychana z powrotem w kosmos w postaci wiatrów dyskowych i dżetów.
Najczęstsze oznaki wypływu materii z obiektów astronomicznych są związane z „ciepłym” gazem. Mimo to, do tej pory zaobserwowano jedynie wiatry „gorącego” lub „zimnego” gazu w przejściowych podwójnych obrazach rentgenowskich.
W ramach tych nowych badań zespół naukowców z jedenastu krajów, kierowany przez Uniwersytet w Southampton, zbadał niedawną erupcję podwójnego promieniowania rentgenowskiego znanego jako Swift J1858. Wykorzystali kombinację teleskopów, w tym Kosmiczny Teleskop Hubble’a (HST) NASA, satelitę XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej, Bardzo Duży Teleskop Europejskiej Organizacji Obserwatorium Południowego (VLT) i hiszpańskie Gran Telescopio Canarias (GTC).
Wyniki, opublikowane w czasopiśmie Nature, wykazały trwałe sygnatury ciepłego wiatru na falach ultrafioletowych, występujące w tym samym czasie, co sygnatury zimnego wiatru na falach optycznych. Po raz pierwszy wiatry z takiego układu zostały zaobserwowane w różnych pasmach widma elektromagnetycznego.
Główny autor, dr Noel Castro Segura z University of Southampton, powiedział: „Takie erupcje są rzadkie, a każda z nich jest wyjątkowa. Zwykle są one mocno przesłonięte pyłem międzygwiazdowym, co sprawia, że ich obserwacja jest naprawdę trudna. Swift J1858 był wyjątkowy, ponieważ chociaż znajduje się po drugiej stronie naszej galaktyki, zaciemnienie było wystarczająco małe, aby umożliwić pełne badanie na wielu długościach fal”.
„Tylko jeden inny system – podwójna czarna dziura rentgenowska, V404 Cyg – wykazał podobne właściwości. Jednak nasza próba przeprowadzenia tego samego eksperymentu na tym systemie nie powiodła się, ponieważ erupcja zakończyła się, zanim zdążyliśmy dostać się na ziemię… teleskopów opartych i kosmicznych do jednoczesnej obserwacji” – powiedział współautor dr Hernández Santisteban z University of St Andrews.
Swift J1858 to nowo odkryte przejściowe zdarzenie rentgenowskie, które wykazuje ekstremalną zmienność w widmie elektromagnetycznym, co stanowiło rzadką okazję.
„Wszyscy astronomowie w terenie byli niesamowicie podekscytowani, do tego stopnia, że połączyliśmy nasze wysiłki, aby objąć pełne spektrum, od radia po promieniowanie rentgenowskie, korzystając z najnowocześniejszych obserwatoriów na Ziemi i w kosmosie” – kontynuował dr Castro Segura.
Współautorka Nathalie Degenaar z Uniwersytetu w Amsterdamie dodała: „Gwiazdy neutronowe mają niezwykle silne przyciąganie grawitacyjne, które pozwala im pochłaniać gaz z innych gwiazd. przyciąganie w ich kierunku nie jest zużywane, ale wyrzucane w przestrzeń z dużą prędkością. Zachowanie to ma duży wpływ zarówno na samą gwiazdę neutronową, jak i na jej bezpośrednie otoczenie. W tym artykule opisujemy nowe odkrycie, które dostarcza kluczowych informacji na temat bałaganu wzorce jedzenia tych kosmicznych ciastecznych potworów”.
„Tym razem mieliśmy kosmiczne szczęście po naszej stronie, ponieważ byliśmy w stanie skoordynować dziesięć teleskopów i skierować je w stronę J1858, cały czas gdy był w pełni aktywny. To pozwala nam uzyskać znacznie więcej informacji, ponieważ możemy używać różnych technik na różnych długościach fal” – powiedział dr Hernández Santisteban.
Dr Degenaar dodał: „zaprojektowanie tak ambitnej kampanii obserwacyjnej – zbudowanej wokół najlepszych teleskopów na Ziemi i w kosmosie – było ogromnym wyzwaniem. Jest więc niesamowicie ekscytujące, że cała ta praca się opłaciła i pozwoliła nam wypracować klucz odkrycie, które w innym przypadku nie byłoby możliwe.”
Oprócz odkrycia różnych rodzajów wiatrów zespół był w stanie zbadać ewolucję czasową wypływającego gazu. Odkryli, że na ciepły wiatr nie miały wpływu silne zmiany jasności systemu. Brak takiej odpowiedzi był wcześniej niepotwierdzoną prognozą teoretyczną opartą na wyrafinowanych symulacjach.
„W tych badaniach połączyliśmy unikalne możliwości HST z najlepszymi teleskopami naziemnymi, takimi jak VLT i GTC, aby uzyskać pełny obraz dynamiki gazu w układzie, od bliskiej podczerwieni do ultrafioletu. To pozwoliło nam po raz pierwszy odsłonić prawdziwą naturę tych potężnych wypływów” – powiedział dr Castro Segura.
„Nowe spostrzeżenia dostarczone przez nasze wyniki są kluczem do zrozumienia, w jaki sposób te obiekty oddziałują ze swoim środowiskiem. Przepuszczając energię i materię do galaktyki, przyczyniają się do powstawania nowych generacji gwiazd i ewolucji samej galaktyki”. Dr Castro Segura podsumował.
Badanie zostało sfinansowane z grantów m.in. agencji, w tym Science and Technology Facilities Council (STFC) i NASA.