Η πηγή των σκληρών ακτίνων Χ σε διπλά συστήματα αστέρων που περιλαμβάνουν μια μαύρη τρύπα

Τα θεωρητικά μοντέλα που επιδιώκουν να εξηγήσουν το φάσμα ανάκλασης σε διπλά συστήματα αστέρων με μια μαύρη τρύπα συνήθως επικαλούνται ως την πρωτογενή πηγή σκληρών ακτίνων Χ ένα σημείο. Αυτή η πηγή φωτίζει τον δίσκο προσαύξησης και δημιουργεί το διακριτό (γραμμικό) και το συνεχές αντανακλώμενο φάσμα που παρατηρούμε. Λόγω της πολυπλοκότητας της φυσικής που εμπλέκεται, πολλοί συγγραφείς θεωρούν μια απλή γεωμετρία στην οποία η συνεχής πηγή εκπομπής υποτίθεται ότι εκπέμπεται ισότροπα από μία σημειακή πηγή που βρίσκεται στον άξονα περιστροφής σε ορισμένο ύψος πάνω από τη μαύρη τρύπα. Αυτό το μοντέλο είναι γνωστό ως μοντέλο "λαμπτήρα δρόμου". Ωστόσο, το μοντέλο του λαμπτήρα είναι μια εξιδανικευμένη περίπτωση της πραγματικής φυσικής πηγής, η οποία είναι πιθανώς εκτεταμένη, μεταβλητή και εξαιρετικά ανισότροπη.

"reig 2021"
Ποσοστό των εισερχόμενων φωτονίων που φωτίζουν το δίσκο σε συνάρτηση με το ύψος h από το σημείο όπου διαφεύγουν από τον πίδακα.

Ο περιορισμός των φυσικών παραμέτρων και της γεωμετρίας της πηγής των σκληρών ακτίνων Χ που φωτίζουν το δίσκο είναι υψίστης σημασίας, διότι μας επιτρέπει να εξετάσουμε πιο ρεαλιστικά μοντέλα. Είναι καλά τεκμηριωμένο ότι οι μαύρες τρύπες σε δυαδικά συστήματα εκπέμπουν ισχυρούς πίδακες ύλης με σχετικιστικές ταχύτητες (βλ. σχήμα).

"X-ray binary"
Καλλιτεχνική απεικόνση ενός διπλού συστήματος αστεριών όπου το ένα είναι μαύρη τρύπα (ESA)

Οι ερευνητές Pablo Reig και Νικόλαος Κυλάφης του Ινστιτούτου Αστροφυσικής και του Πανεπιστημίου Κρήτης απέδειξαν πρόσφατα ότι ο ίδιος ο πίδακας μπορεί πράγματι να είναι η πηγή φωτισμού του δίσκου. Χρησιμοποιώντας πολύπλοκες αριθμητικές μεθόδους, ανακάλυψαν ότι, ανεξάρτητα από το οπτικό βάθος, το πλάτος του πίδακα και την ταχύτητα του πίδακα, ένα σημαντικό κλάσμα των φωτονίων σκεδάζονται προς τα πίσω και χτυπούν στο δίσκο. Η πλειοψηφία των φωτονίων που χτυπούν το δίσκο διαφεύγουν μέσα σε λίγες βαρυτικές ακτίνες, όπως αναμενόταν στο μοντέλο του λαμπτήρα. Το πιο σημαντικό αποτέλεσμα όμως της εργασίας είναι ότι υπάρχει μια σημαντική συμβολή φωτονίων που διαφεύγουν σε μεγαλύτερες ακτίνες (βλ. σχήμα αριστερά).

Άρθρο: “Illumination of the accretion disk in black hole binaries: An extended jet as the primary source of hard X-rays”, Reig, P. & Kylafis, N. D. , 2021, A&A, 646, A112 - Φεβουάριος 2021