Att göra en extra ansträngning för att föreställa sig en svag, gigantisk korkskruv som spåras av snabba protoner och elektroner som skjutits ut från en mystisk mikrokvasar betalade för ett par astrofysiker som fick ny insikt i djurets inre funktioner och också löst en långvarig tvist om objektets avstånd.
Astrofysikerna använde National Science Foundation: s Very Large Array (VLA) radioteleskop för att fånga de svagaste detaljerna som ännu sett i plasmastråget som kom ut från mikroquasar SS 433, ett föremål som en gång kallades "århundradets gåta." Som ett resultat har de förändrat forskarnas förståelse för jetflygningarna och avgör kontroversen om dess avstånd ”över allt rimligt tvivel”, sa de.
SS 433 är en neutronstjärna eller svart hål omlopps av en "normal" följeslagare. Den kraftfulla tyngdkraften hos neutronstjärnan eller det svarta hålet drar material från den fällande vinden från sin följeslagare till en åtskiljningsskiva av material som tätt kring det täta centrala objektet innan det dras på det. Denna skiva driver strålar med snabba protoner och elektroner utåt från dess poler med ungefär en fjärdedel av ljusets hastighet. Disken i SS 433 vinglar som en barns topp, vilket gör att dess jets spårar en korkskruv på himlen var 162 dagar.
Den nya VLA-studien indikerar att hastigheten för de utkastade partiklarna varierar över tid, till skillnad från den traditionella modellen för SS 433.
"Vi fann att den faktiska hastigheten varierar mellan 24 procent till 28 procent av ljushastigheten, i motsats till att förbli konstant," säger Katherine Blundell, University of Oxford i Storbritannien. "Fantastiskt ändrar jetflygningarna i båda riktningarna hastigheter samtidigt och producerar identiska hastigheter i båda riktningarna vid en viss tidpunkt," tillade Blundell. Blundell arbetade med Michael Bowler, också från Oxford. Forskarnas resultat har accepterats av Astrophysical Journal Letters.
Den nya VLA-bilden visar två fulla varv av jetens korkskruv på båda sidor om kärnan. Analys av bilden visade att om material kom från kärnan med konstant hastighet, skulle strålbanorna inte exakt matcha bildens detaljer.
"Genom att simulera ejektioner i olika hastigheter kunde vi skapa en exakt matchning till den observerade strukturen," förklarade Blundell. Forskarna gjorde först sin matchning till en av jetsna. "Vi blev då förvånade över att se att de olika hastigheterna som matchade strukturen på en jet också exakt reproducerade den andra jetens väg," sade Blundell. Matchningen av hastigheterna i de två jetsna reproducerade den observerade strukturen till och med möjliggör det faktum att eftersom en jet flyttar sig nästan bort från oss än den andra, tar det längre tid att nå oss därifrån, tillade hon.
Astrofysikerna spekulerar i att förändringarna i utkastningshastighet kan orsakas av förändringar i hastigheten med vilken material överförs från följeslagaren till tillskärningsskivan.
Den detaljerade nya VLA-bilden gjorde det också möjligt för astrofysikerna att fastställa att SS 433 är nästan 18 000 ljusår från Jorden. Tidigare uppskattningar hade objektet i konstellationen Aquila, så nära som 10 000 ljusår. Ett exakt avstånd, säger forskarna, gör det nu möjligt för dem att bättre bestämma åldern på skalet av skräp som blåses ut av supernovaexplosionen som skapade det täta, kompakta föremålet i mikroquasaren. Att känna till avståndet exakt gör det också möjligt för dem att mäta den faktiska ljusstyrkan hos mikroquasars komponenter, och detta, sade de, förbättrar deras förståelse för de fysiska processerna i arbetet i systemet.
Genombrottsbilden gjordes med 10 timmars observationstid med VLA i en konfiguration som maximerar VLA: s förmåga att se fina detaljer. Det representerar den längsta "tidseksponeringen" av SS 433 vid radiovåglängder och visar således de svagaste detaljerna. Det representerar också den bästa bilden som kan göras med aktuell teknik. Eftersom strålarna i SS 433 rör sig, skulle deras bild "smetas" i en längre observation. För att se ännu svagare detaljer i jetstrålarna måste astrofysikerna vänta på den ökade känsligheten hos den utvidgade VLA, som kommer att bli tillgänglig inom några år.
SS 433 var det första exemplet på vad som nu kallas mikrokvarnar, binära system med antingen en neutronstjärna eller svart hål kretsat av en annan stjärna, och som avger strålar med material i höga hastigheter. Det konstiga stjärnsystemet fick en mängd mediatäckningar i slutet av 1970-talet och början av 1980-talet. En artikel om Sky & Telescope från 1981 hade titeln "SS 433 - Enigma of the Century."
Eftersom mikrokvaskar i vår egen Vintergalax tros producera sina höghastighetsstrålar med material genom processer som liknar dem som producerar strålar från kärnorna i galaxer, fungerar de närliggande mikrokvaskarna som ett bekvämt "laboratorium" för att studera jetens fysik. Mikrokvarnarna är närmare och visar förändringar snabbare än deras större kusiner.
Katherine Blundell är en University Research Fellow finansierad av Storbritanniens Royal Society.
National Radio Astronomy Observatory är en anläggning från National Science Foundation, som drivs under samarbetsavtal av Associated Universities, Inc.
Originalkälla: NRAO-nyhetsmeddelande
