Кіріспе

Ультражарықты рентген сәулелі көз (ULX) – рентген сәулелерінің астрономиялық көзі, ол белсенді галактикалық ядродан кем жарықты, бірақ кез келген белгілі жұлдыздық процестен тұрақтырақ жарықты (секундына 1039 эрг/с немесе 1032 Вт), егер ол изотропты түрде сәулеленетін болса (барлық бағытта бірдей). Оларды қамтитын галактикаларда әдетте бір галактикаға бір ULX кездеседі, бірақ кейбір галактикаларда олар көп болуы мүмкін. Кемер жолында ULX табылмаған, бірақ SS 433 мүмкін көз болуы мүмкін. ULX-ке деген қызығушылықтың басты себебі – олардың жарықтылығы нейтрон жұлдыздарының және тіпті жұлдыздық қара тесіктердің Эддингтон жарықтылығынан асып түседі. ULX-тің қандай күшпен жұмыс істейтіні белгісіз; модельдерге жұлдыздық массалы объектілердің бағытталған сәулеленуі, аралық массалы қара тесіктердің аккрециясы және супер Эддингтон сәулеленуі кіреді.

Байқау деректері

ULX-тер алғаш рет 1980 жылдары Эйнштейн обсерваториясымен ашылды. Кейінгі бақылауларды ROSAT жүргізді. Хмм-Ньютон және Чандра рентгендік обсерваториялары үлкен прогресс жасады, олардың спектрлік және бұрыштық ажыратымдылығы әлдеқайда жоғары. Чандра бақылаулары арқылы ULX-терді зерттеу, ULX-терді қонақ ететін галактикалардың әрқайсысында шамамен бір ULX болатынын көрсетті (көпшілігінде жоқ). ULX-тер галактикалардың барлық түрлерінде кездеседі, соның ішінде эллипстік галактикаларда, бірақ жұлдыздар пайда болатын галактикаларда және гравитациялық әрекеттесетін галактикаларда олар жиірек кездеседі. ULX-тердің ондаған пайызы, шындығында, фондық квазарлар болып табылады; ULX-тің фондық көз болу ықтималдығы эллипстік галактикаларда спиральді галактикаларға қарағанда жоғары.

Модельдер

ULX-тің Эддингтондық жарықтылығы жұлдыздық массасы бар нысандардан артық екендігі, олардың қалыпты рентгендік екілік жұлдыздардан өзгеше екенін көрсетеді. ULX үшін бірнеше модель бар, және әртүрлі көздер үшін әртүрлі модельдер қолданылуы мүмкін. Сәулеленудің бағытталған болуы – Егер көздердің сәулеленуі күшті бағытталған болса, Эддингтон аргументі екі рет ортада қалады: біріншіден, көздің нақты жарықтылығы күтілгеннен төмен болғандықтан, екіншіден, аккрецияланатын газ фотондар шығарылатын бағыттан өзгеше бағыттан келген болуы мүмкін. Модельдеу көрсеткендей, жұлдыздық массасы бар көздердің жарықтылығы 1040 эрг/с (1033 Вт) дейін жете алады, бұл көптеген көздерді түсіндіруге жеткілікті, бірақ ең жарқын көздер үшін тым төмен. Егер көз жұлдыздық массасы бар болса және оның жылу спектрі болса, оның температурасы жоғары болуы керек, температураны Болцман тұрақтысына көбейту kT ≈ 1 кэВ, және квази-периодтық тербелістер күтілмейді. Орташа массалы қара тесіктер – Табиғатта Күннің массасынан он есе ауыр және миллионнан миллиард есе ауыр қара тесіктер байқалады. Алғашқылары – «жұлдыздық қара тесіктер», олар массивті жұлдыздардың соңғы өнімдері, ал екіншілері – супермассивті қара тесіктер, олар галактикалардың орталықтарында орналасқан. Орташа массалы қара тесіктер (IMBH) – гипотетикалық үшінші класс нысандар, олардың массасы жүзден мыңға дейін Күн массасына жетеді. Орташа массалы қара тесіктер динамикалық үйкеліс арқылы өздерінің галактикаларының ортасына шөгуге жеңіл, бірақ ULX жарықтылығымен сәулеленуге жеткілікті массалы. Егер ULX орташа массалы қара тесік болса, жоғары/жұмсақ күйде оның аккрециялық дискінен шыққан жылу компоненті салыстырмалы төмен температурада (kT ≈ 0,1 кэВ) ең жоғары деңгейге жетеді және салыстырмалы төмен жиіліктерде квази-периодтық тербелістерді көрсете алады. Кейбір көздердің орташа массалы қара тесіктер болуы мүмкін деген пікірді қолдайтын аргумент – бұл жұлдыздық массалы қара тесіктің рентгендік екілік жұлдыздарының рентгендік спектрлерімен салыстыру. Рентгендік екілік жұлдыздардың спектрлері әртүрлі ауысу күйлерінен өтеді. Бұл күйлердің ең маңыздысы – төмен/қатты күй және жоғары/жұмсақ күй (Remillard & McClintock 2006 қараңыз). Төмен/қатты күй немесе қуат заңы үстемдік ететін күй, 1,5-тен 2,0-ға дейінгі спектрлік индексі бар сіңірілген қуат заңы рентген спектрімен сипатталады (қатты рентген спектрі). Тарихи тұрғыдан бұл күй төмен жарықтықпен байланысты болды, бірақ RXTE сияқты спутниктермен жақсы байқаулар нәтижесінде бұл міндетті түрде осылай болуы керек емес. Жоғары/жұмсақ күй сіңірілген жылу компонентімен (дискі температурасы (kT ≈ 1,0 кэВ) және қуат заңы (спектрлік индексі ≈ 2,5) бар қара дене) сипатталады. Кем дегенде бір ULX көзі, Holmberg II X 1, жоғары және төмен күйге тән спектрлері бар күйлерде байқалды. Бұл кейбір ULX-тер IMBH-терді жинақтауы мүмкін екенін көрсетеді (Winter, Mushotzky, Reynolds 2006 қараңыз). Фондық квазарлар – Байқалған ULX-тердің маңызды бөлігі шын мәнінде фондық көздер болып табылады. Мұндай көздерді өте төмен температурамен анықтауға болады (мысалы, PG квазарларындағы жұмсақ артық). Супернова қалдықтары – Жарқын супернова (SN) қалдықтары 1039 эрг/с (1032 Вт) жарықтығына жете алады. Егер ULX SN қалдығы болса, ол қысқа уақыт аралығында өзгеретін болмайды және бірнеше жылдың ішінде жоғалады.

Ерекше ULX

Holmberg II X 1: Бұл атақты ULX галактиканың карлик галактикасында орналасқан. XMM-мен жасалған бірнеше байқаулар осы көздің төмен/қатты және жоғары/жұмсақ күйде екенін көрсетті, бұл көздің үлкейтілген рентгендік бинарлық жұлдыз немесе IMBH-ді аккрециялауы мүмкін екенін ұсынады. M74: 2005 жылы Чандра телескопының байқауы бойынша, аралық массалы қара тесік болуы мүмкін. M82 X 1: Бұл қазіргі кездегі ең жарық ULX (2004 жылғы қазанға дейін), және ол жиі аралық массалы қара тесікке үміткер ретінде қарастырылады. M82 X1 жұлдыздық шоғырмен байланысты, квази-периодтық осцилляцияларды (QPOs) көрсетеді, рентген сәулесінің амплитудасында 62 күндік модуляция байқалады. M82 X 2: 2014 жылы қара тесік емес, пульсар екені анықталған ерекше ULX. M101 X1: Жарықтылығы 1041 эрг/с (1034 Вт) дейін жететін ең жарқын ULX-тің бірі. Бұл ULX супергигант жұлдыз деп жорылған оптикалық көзбен сәйкес келеді, осылайша бұл рентгендік бинарлық жұлдыз болуы мүмкін деген пікірді қолдайды. NGC 1313 X1 және X2: NGC 1313 – Ретикулум шоқжұлдызында орналасқан спиральді галактика, онда екі ультражарық рентген сәулесінің көзі бар. Бұл екі көзде төмен температуралы диск компоненттері байқалды, бұл аралық массалы қара тесіктің болуының ықтимал дәлелі ретінде түсіндірілді. Алайда, төмен энергиялы сәулеленуді төмен температуралы диск ретінде модельдеуге болады, бірақ жоғары энергиялы сәулелену аралық массалы қара тесік гипотезасына қайшы келеді. Сонымен қатар, NGC 1313 X 2-де рентгендік пульсациялар анықталды, бұл объектінің нейтрондық жұлдыз екенін көрсетеді. Сонымен қатар, аралық массалы қара тесік гипотезасы ULX-тің әрқайсыын қоршаған үлкен оптикалық көпіршіктердің болуын түсіндіре алмайды. Көбінесе, бұл екі ULX жұлдыздық массалы нейтрондық жұлдыздарды немесе супер Эддингтондық массалық ағыммен аккрециялайтын қара тесіктерді қамтиды, ал аккрециялық дисктен шыққан күшті жел оларды қоршаған кеңістікті жойған болуы мүмкін.