10 Minute
După aproape un deceniu de slăbire treptată, steaua neutronică cunoscută sub denumirea NGC 7793 P13 (P13) a revenit brusc la viaţă, luminând de peste 100 de ori mai puternic în raze X. Această revenire dramatică oferă o fereastră rară către accreția supercritică — procesul extrem de alimentare care alimentează unele dintre cele mai luminoase surse cu raze X din univers și care este esențial pentru înțelegerea surselor ultraluminoase cu raze X (ULX) și a pulsarilor ultraluminoși (PULX).
Trezirea bruscă și de ce contează
P13 se află în galaxia spirală NGC 7793, la aproximativ 10 milioane de ani-lumină distanță de Pământ. Este clasificată ca sursă pulsantă ultraluminoasă de raze X (PULX), un tip rar de obiect în care o stea neutronică — un rest stellar extrem de dens — acrește materie atât de rapid încât emisia sa în raze X poate concura sau chiar depăși luminozitatea unor galaxii mici. Astronomii au urmărit evoluția lui P13 folosind observatoare cu sensibilitate înaltă în domeniul razelor X, inclusiv XMM-Newton, Chandra, NuSTAR și NICER. Datele de arhivă pe termen lung, cuprinse între 2011 și 2024, au dezvăluit schimbări semnificative: o fază de intensitate scăzută în jurul anului 2021, urmată de o reaînviere rapidă începând din 2022, care a atins o luminozitate maximă în 2024 — peste două ordine de mărime mai mare decât starea de minim.
Imaginea combină date provenite din observații în domeniul razelor X, observații optice și observații pe linia Hα. NGC 7793 P13 este plasată la periferia regiunilor centrale ale galaxiei NGC 7793. Credit: X-ray (NASA/CXC/Univ. of Strasbourg/M. Pakull et al.); Optical (ESO/VLT/Univ. of Strasbourg/M. Pakull et al.); Hα (NOAO/AURA/NSF/CTIO 1.5 m)
De ce este important acest eveniment? Accreția supercritică — numită uneori și accreție super-Eddington — apare atunci când gazul care se îndreaptă spre obiectul compact furnizează energie la rate care depășesc limitele clasice impuse de presiunea radiației (limita Eddington). Înțelegerea modului în care materia poate continua să cadă pe un nucleu compact în aceste condiții pune în dificultate modelele convenționale ale fizicii accreției, transportului radiației și geometriei fluxului. Explozia de 100× în raze X observată la P13 furnizează un banc experimental empiric pentru testarea acestor teorii, permițând constrângeri asupra proprietăților fizice precum rata de transfer de masă, geometria coloanei de accreție și gradele de colimare (beaming) a radiației.
Urmărirea variabilității pe termen lung și comportamentul de rotație
Dincolo de variația în intensitate, P13 oferă o altă proprietate revelatoare: rotația sa. Pe măsură ce materialul este ghidat de-a lungul câmpului magnetic puternic al stelei neutronice către polii magnetici, se formează coloane de accreție care emit raze X pulsate. Observațiile indică faptul că P13 are o perioadă de rotație în jur de 0,4 secunde și prezintă un trend general de spin-up — pulsarul accelerează. Echipa de cercetare a constatat, esențial, că în timpul fazei de reaînviere, rata de accelerare a rotației (panta spin-up) s-a dublat aproximativ și această tendință a persistat până în 2024. Cu alte cuvinte, atunci când luminozitatea în raze X a crescut, a crescut și cuplul transferat prin accreție.
Când gazul este atras de gravitația intensă a unui obiect compact precum o stea neutronică sau o gaură neagră, printr-un proces cunoscut sub numele de accreție, se eliberează energie în formă de radiație electromagnetică. Progresele în domeniul telescoapelor cu sensibilitate mare au permis detectarea unor surse care strălucesc cu emisie de raze X excepțional de puternică. În cazul P13, combinația dintre luminozitate, spectru și ritmul pulsurilor oferă piesele necesare pentru construirea unei imagini coerente a mecanicii interne a sistemului binar.
Legătura observată între luminozitate și momentul cinetic (momentul unghiular) este un diagnostic crucial: sugerează că variațiile în rata de transfer de masă dinspre companionul binar sau reconfigurări ale magnetosferei influențează direct atât emisia radiativă, cât și cuplul aplicat asupra stelei. Analize pulsatile detaliate indică faptul că înălțimea coloanei de accreție variază pe parcursul modulării fluxului care s-a întins pe mai multe decenii: coloane mai înalte în stare luminoasă și coloane mai scurte în stare slabă. Astfel se modifică modelul de beaming al radiației și transferul radiativ local, ceea ce influențează luminozitatea observată și profilurile pulsurilor, inclusiv fracțiunea de pulsat și forma de fază a semnalului.
În faza strălucitoare, coloana de accreție este înaltă, în timp ce în faza slabă aceasta se scurtează. Credit: Marina Yoshimoto (Ehime University)
Implicații pentru accreția supercritică și sursele ultraluminoase
Comportamentul P13 întărește ideea că accreția supercritică poate fi extrem de dinamică pe scări temporale de ordinul anilor. Pentru modelele surselor ultraluminoase de raze X (ULX), observațiile sugerează că modificări în geometria accreției — cum ar fi înălțimea coloanei, raza de cuplare magnetică și gradul de colimare a radiației — pot genera variații de ordinul mărimii în luminozitatea observată. Dublarea ratei de spin-up în timpul reaînvierii este deosebit de informativă: leagă în mod direct cuplul de accreție de aceleași episoade care produc emisie extremă în raze X, oferind constrângeri asupra ratelor de accreție a masei și transferului de moment unghiular în regimuri super-Eddington.
Din punct de vedere fizic, acțiuni precum formarea unui vânt radiativ extins, modificări ale punctului de intrare a materiei pe liniile câmpului magnetic (punct de truncare al discului) și posibile instabilități la nivelul discului de acumulare pot influența atât spectrul, cât și fluxul pulsului. De exemplu, în regimurile supercritice, o parte semnificativă a masei poate fi expulsată prin vânturi puternice, iar radiația poate fi anisotropă, ceea ce face necesară includerea efectelor de beaming relativist parțial și a transportului radiativ într-un mediu dens. Pentru a determina rata reală de transfer de masă, observațiile trebuie corelate cu modelări care includ geometria magnetosferică, parametrizarea beaming-ului și estimări ale câmpului magnetic al stelei neutronice.
Practically, aceste rezultate subliniază valoarea monitorizării coordonate pe termen lung cu instrumente complementare. Sensibilitatea la raze X soft (XMM-Newton, Chandra) combinată cu acoperirea în raze X tari (NuSTAR) și cronometraj de înaltă frecvență (NICER) au permis cercetătorilor să cartografieze luminozitatea, schimbările spectrale și cronologia pulsurilor pe o perioadă de peste un deceniu — tocmai baza necesară pentru a evidenția conexiunea dintre spin și flux. Complementar, observațiile optice și pe linia Hα oferă informații despre mediul înconjurător și despre interacțiunile vântului circumstelar, elemente esențiale pentru un tablou complet al sistemului binar.
Expert Insight
«P13 ne oferă un laborator natural pentru studiul accreției supercritice», spune dr. Lila Armitage, astrofizician specializat în binare compacte. «Observarea creșterii ratei de spin-up pe măsură ce sursa se luminează confirmă faptul că sistemul livrează mai mult decât fotoni — transferă și moment unghiular. Această cuplare strânsă este o piatră de temelie pentru modelele care încearcă să explice cele mai luminoase surse cu raze X din galaxii apropiate.»
Comentariile experților evidențiază și importanța unei abordări multi-observator: sinergia între datele spectrale, temporale și imagistice este esențială pentru a discrimina între modele alternative, cum ar fi schimbările în rata de transfer de masă de la companion, instabilități ale discului sau reorganizări magnetice care pot modifica raza de cuplare între disc și magnetosferă. Mai mult, comparațiile cu alte PULX cunoscute permit stabilirea unui cadru comparativ pentru variabilitate, ajutând la determinarea dacă P13 este reprezentativ pentru o clasă largă de obiecte sau dacă prezintă particularități care reflectă condiții locale particulare (de exemplu, masa companionului, rata de evoluție sau intensitatea câmpului magnetic).
Concluzie
Revenirea spectaculoasă a NGC 7793 P13 și schimbarea corelată în rata de spin-up oferă dovezi rare și directe care leagă luminozitatea în raze X, geometria accreției și transferul de moment unghiular la o stea neutronică care acrește în regim supercritic. Aceste observații reprezintă un pas important către constrângerea parametrilor fizici esențiali: rata reală de accreție a masei, natura și magnitudinea câmpului magnetic, și modul în care radiația este colimată sau re-distribuită în proximitatea obiectului compact.
Pe viitor, monitorizarea continuă și lucrările teoretice țintite vor fi esențiale pentru a transforma aceste tendințe empirice într-un tablou fizic robust despre modul în care materia supraviețuiește, este dirijată și radiază în cele mai extreme medii de accreție cunoscute. Observațiile combinate între XMM-Newton, Chandra, NuSTAR și NICER rămân instrumentele cheie, iar integrarea datelor optice și spectroscopice va contribui la o înțelegere holistică a sistemului binar. În paralel, simulările magneto-hidrodinamice cu transport radiativ avansat și studii de modelare a beaming-ului sunt necesare pentru a traduce semnalele observate în parametri fizici cuantificabili.
În ansamblu, cazul P13 subliniază necesitatea unor campanii de observație pe termen lung pentru orice sursă ULX/PULX, deoarece fenomenele cheie care le guvernează evoluția — schimbările de rată de accreție, reconfigurările magnetice și variațiile de beaming — pot evolua pe scale temporale de ani sau decenii. Prin completarea datelor observationale cu modele teoretice riguroase și prin extinderea comparațiilor la un număr mai mare de surse ultraluminoase, comunitatea științifică poate progresa semnificativ în explicarea mecanismelor care produc cele mai intense surse de raze X din vecinătatea noastră galactică.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu