Происхождение изменчивости рентгеновских фотонов от двойной звезды

Художественное представление двойной системы, в которой компактная звезда аккрецирует материал гигантской звезды. Автор: NASA/Dana Berry

Симбиотические двойные звезды — это тип двойной звездной системы, которая состоит из компактной звезды (например, белого карлика) и красного гиганта. В этих системах компактная звезда аккрецирует материалы из красного гиганта и производит мягкие рентгеновские фотоны. Однако некоторые из них, известные как симбиотические звезды, излучающие жесткое рентгеновское излучение, также производят мощные рентгеновские фотоны, что может быть связано с присутствием массивных белых карликов.

Наблюдения с помощью рентгеновских телескопов показывают, что многие из симбиотических звезд, испускающих жесткое рентгеновское излучение, испускают плазменные выбросы с разными температурами: холодные (мягкие) и горячие (жесткие). Астрономы также обнаружили струи в некоторых из этих звезд, которые потенциально могут образовывать ударную область и способствовать образованию мягких/холодных плазменных выбросов.

Рентгеновские наблюдения одной из симбиотических звезд, испускающих жесткое рентгеновское излучение, названной RT Crucis, также известной как RT Cru, выявили наличие мягкого теплового плазменного излучения. В 2021 году мы использовали телескопы Chandra и байесовский статистический метод, чтобы найти доказательства жесткого теплового плазменного излучения в RT Cru. Излучение могло происходить между внутренним слоем аккреционного диска и поверхностью белого карлика.

Рентгеновская переменность в симбиотической звезде, разложенная путем редукции размерности

Другие астрономы также заметили падение оптических эмиссионных линий и жестких рентгеновских фотонов в рентгеновской симбиотической системе RT Cru в 2019 году. Они считают, что это может быть связано со снижением некоторых видов аккреционной активности. Высокая изменчивость рентгеновских фотонов предполагает, что плотные материалы могут блокировать мягкое тепловое плазменное излучение.

Чтобы найти причину изменчивости рентгеновских фотонов от RT Cru, мы недавно применили анализ главных компонент (PCA) — метод снижения размерности, часто используемый при подготовке данных для машинного обучения.

Этот метод позволяет нам разложить временно-изменяемые спектральные данные на основные спектральные компоненты и соответствующие временные ряды, показывающие временные вариации. Анализ главных компонент может быть использован для определения минимального количества главных компонентов, необходимых для изменчивости рентгеновских фотонов.

Основные компоненты изменчивости рентгеновских фотонов от RT Cru, выявленные с помощью анализа главных компонент: поглощающие материалы, источник поглощенного рентгеновского излучения и мягкое плазменное излучение. Автор: The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad5cf6

Основные компоненты изменчивости, полученные из смоделированных рентгеновских фотонов, созданных с вариациями в поглощающих материалах, источнике рентгеновского излучения и мягком плазменном излучении. Автор: The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad5cf6

Происхождение изменчивости рентгеновских фотонов от симбиотической звезды RT Cru

Мы узнали, что основные спектральные компоненты, наблюдаемые в наблюдениях, проведенных с помощью космических телескопов Chandra и XMM-Newton, которые вызывают изменения в рентгеновских фотонах, могут быть связаны с изменением мягкого теплового плазменного излучения. Мы также обнаружили, что изменения в рентгеновских фотонах, наблюдаемые с помощью космического телескопа Suzaku между 2007 и 2012 годами, вероятно, вызваны изменениями в поглощающем материале, а также изменением в рентгеновском источнике, связанным с аккреционной активностью.

Также имеются свидетельства сильно затененного, мягкого теплового плазменного излучения в наблюдениях Сузаку. Таким образом, изменения в затеняющем материале и источнике рентгеновского излучения в аккреционном диске в первую очередь способствуют спектральным изменениям в двух наблюдениях в 2007 и 2012 годах.

Другие астрономы сообщили о значительном снижении количества жестких рентгеновских фотонов в 2019 году, что они потенциально связали с уменьшением количества материала, аккрецирующего в белый карлик. Мы также смоделировали изменчивость рентгеновских фотонов, продемонстрировав, что изменения плотности поглощающего материала и рентгеновской яркости источника из-за процессов аккреции могут привести к долгосрочным спектральным изменениям.

Симбиотические двойные звезды часто мерцают, явление, связанное с физикой аккреции. Такое поведение демонстрирует RT Cru, симбиотическая двойная система, испускающая жесткое рентгеновское излучение, с вариациями от секунд до часов. Астрономы наблюдали такое поведение в широком диапазоне электромагнитных волн, от оптических до ультрафиолетовых и рентгеновских.

Наши компьютерные моделирования изменений в рентгеновских фотонах также показывают, что мягкие изменения в излучении плазмы могут вызывать быстрые изменения типа мерцания, которые, вероятно, исходят из зоны аккреционного диска вокруг массивного белого карлика.

Будущие рентгеновские космические телескопы с более высокой чувствительностью, такие как предлагаемый рентгеновский спектрометр Arcus, будут лучше оснащены для выявления причин явлений типа мерцания в симбиотических двойных звездах.

Эта история является частью Science X Dialog, где исследователи могут сообщать о результатах своих опубликованных исследовательских статей. Посетите эту страницу для получения информации о Science X Dialog и о том, как принять участие.

Больше информации: A. Danehkar et al, X-Ray Variability in the Symbiotic Binary RT Cru: Principal Component Analysis, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad5cf6