มวลและการเคลื่อนที่ของดาว

ในระดับมหาศาล "ดิสก์ลม" สามารถให้เบาะแสว่าหลุมดำมวลมหาศาลสร้างกาแลคซีทั้งหมดได้อย่างไร นักดาราศาสตร์ได้สังเกตสัญญาณของดิสก์ลมในหลายระบบ รวมทั้งการสะสมหลุมดำและดาวนิวตรอน แต่จนถึงวันนี้ พวกเขาได้เห็นปรากฏการณ์นี้ในมุมมองที่แคบมากเท่านั้น ตอนนี้ นักดาราศาสตร์ของ MIT ได้สังเกตเห็นแนวลมที่กว้างขึ้นใน Hercules X-1 ซึ่งเป็นระบบที่ดาวนิวตรอนกำลังดึงวัตถุออกจากดาวที่มีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์ จานเพิ่มมวลของดาวนิวตรอนมีลักษณะเฉพาะตรงที่มันจะโยกเยกหรือ "พรีเซส" ขณะที่มันหมุน ด้วยการใช้ประโยชน์จากการโยกเยกนี้ นักดาราศาสตร์สามารถจับภาพมุมมองต่างๆ ของจานหมุนและสร้างแผนที่ลมแบบสองมิติได้เป็นครั้งแรก แผนที่ใหม่เผยให้เห็นรูปร่างและโครงสร้างในแนวดิ่งของลม ตลอดจนความเร็วของลม ประมาณหลายร้อยกิโลเมตรต่อวินาที หรือประมาณหนึ่งล้านไมล์ต่อชั่วโมง หากนักดาราศาสตร์สามารถตรวจพบระบบที่โยกเยกมากขึ้นในอนาคต เทคนิคการทำแผนที่ของทีมสามารถช่วยระบุได้ว่าดิสก์ลมมีอิทธิพลต่อการก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบดาวฤกษ์และแม้แต่ดาราจักรทั้งหมดอย่างไร "ในอนาคต เราสามารถทำแผนที่จานลมในวัตถุต่างๆ และพิจารณาว่าคุณสมบัติของลมเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร เช่น กับมวลของหลุมดำ หรือมวลของมวลที่เพิ่มขึ้น" Peter Kosec, postdoc กล่าวใน Kavli Institute for Astrophysics and Space Research ของ MIT "นั่นจะช่วยระบุได้ว่าหลุมดำและดาวนิวตรอนมีอิทธิพลต่อจักรวาลของเราอย่างไร" Kosec เป็นผู้ เขียนหลักของการศึกษาที่ปรากฏในNature Astronomy ผู้เขียนร่วมของ MIT ได้แก่ Erin Kara, Daniele Rogantini และ Claude Canizares พร้อมด้วยผู้ทำงานร่วมกันจากหลายสถาบัน รวมทั้งสถาบันดาราศาสตร์ในเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร สายตาคงที่ ลมดิสก์มักพบในระบบเอกซ์เรย์ไบนารี ซึ่งเป็นระบบที่หลุมดำหรือดาวนิวตรอนดึงวัสดุจากวัตถุที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า และสร้างดิสก์ร้อนสีขาวของสสารที่สร้างแรงบันดาลใจพร้อมกับลมที่ไหลออก วิธีการปล่อยลมออกจากระบบเหล่านี้ยังไม่ชัดเจน บางทฤษฎีเสนอว่าสนามแม่เหล็กสามารถฉีกดิสก์และขับวัสดุบางส่วนออกไปได้เหมือนลม บางคนบอกว่าการแผ่รังสีของ ดาว นิวตรอนสามารถให้ความร้อนและระเหยพื้นผิวของดิสก์เป็นลมกระโชกแรงสีขาว เงื่อนงำของต้นกำเนิดของลมอาจสรุปได้จากโครงสร้างของมัน แต่รูปร่างและขอบเขตของดิสก์ลมนั้นยากที่จะแก้ไข ไบนารีส่วนใหญ่ผลิตดิสก์สะสมที่มีรูปร่างค่อนข้างเท่ากัน เช่น แก๊สโดนัทบางๆ ที่หมุนในระนาบเดียว นักดาราศาสตร์ที่ศึกษาดิสก์เหล่านี้จากดาวเทียมหรือกล้องโทรทรรศน์ที่อยู่ไกลโพ้นสามารถสังเกตผลกระทบของลมดิสก์ได้ในช่วงคงที่และแคบเท่านั้น เมื่อเทียบกับดิสก์ที่หมุน ลมใด ๆ ที่นักดาราศาสตร์ตรวจจับได้จึงเป็นเศษเล็กเศษน้อยของโครงสร้างที่ใหญ่กว่า "เราสามารถตรวจสอบคุณสมบัติของลมได้เพียงจุดเดียว และเรามองไม่เห็นทุกสิ่งรอบ ๆ จุดนั้น" Kosec กล่าว ในปี 2020 เขาและเพื่อนร่วมงานตระหนักว่าระบบไบนารีหนึ่งระบบสามารถให้มุมมองที่กว้างขึ้นของดิสก์วินด์ Hercules X-1 โดดเด่นกว่าระบบเอกซ์เรย์ไบนารีที่รู้จักกันส่วนใหญ่สำหรับจานเพิ่มมวลที่บิดเบี้ยว ซึ่งโยกเยกขณะหมุนรอบดาวนิวตรอนศูนย์กลางของระบบ Kosec อธิบายว่า "จานนี้โยกเยกไปตามกาลเวลาทุกๆ 35 วัน และลมมีต้นกำเนิดจากที่ไหนสักแห่งในจานและผ่านแนวสายตาของเราที่ระดับความสูงต่างๆ กันเหนือจานเมื่อเวลาผ่านไป" Kosec อธิบาย "นั่นเป็นคุณสมบัติเฉพาะของระบบนี้ ซึ่งช่วยให้เราเข้าใจคุณสมบัติของลมในแนวดิ่งได้ดียิ่งขึ้น" โยกเยกบิดเบี้ยว ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยได้สังเกต Hercules X-1 โดยใช้กล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์สองตัว ได้แก่ XMM Newton ของ European Space Agency และ Chandra Observatory ของ NASA "สิ่งที่เราวัดคือสเปกตรัมของรังสีเอกซ์ ซึ่งหมายถึงปริมาณโฟตอนของรังสีเอกซ์ที่มาถึงเครื่องตรวจจับของเรา เทียบกับพลังงานของพวกมัน เราวัดเส้นการดูดกลืนหรือการไม่มีแสงของรังสีเอกซ์ที่พลังงานที่เฉพาะเจาะจงมาก" โคเซคกล่าว "จากอัตราส่วนของความแรงของเส้นต่างๆ เราสามารถกำหนดอุณหภูมิ ความเร็ว และปริมาณของพลาสมาภายในดิสก์ลมได้" ด้วยดิสก์ที่บิดเบี้ยวของ Hercules X-1 นักดาราศาสตร์สามารถเห็นเส้นของดิสก์ที่เคลื่อนขึ้นและลงขณะที่มันโยกเยกและหมุน คล้ายกับวิธีที่บันทึกที่บิดเบี้ยวดูเหมือนจะแกว่งไปมาเมื่อมองจากขอบบน ผลที่ได้คือนักวิจัยสามารถสังเกตสัญญาณของลมจานที่ความสูงที่เปลี่ยนแปลงตามจาน แทนที่จะอยู่ที่ความสูงคงที่เดียวเหนือจานหมุนที่สม่ำเสมอ นักวิจัยสามารถสแกนคุณสมบัติต่างๆ เช่น อุณหภูมิและความหนาแน่นของลมที่ความสูงต่างๆ ตามดิสก์และสร้างแผนที่สองมิติของลมได้ โครงสร้างแนวตั้ง Kosec กล่าวว่า "สิ่งที่เราเห็นคือลมลอยขึ้นจากดิสก์ในมุมประมาณ 12 องศาเมื่อเทียบกับดิสก์ขณะที่มันขยายตัวในอวกาศ "มันยังเย็นขึ้นและจับตัวเป็นก้อนมากขึ้น และอ่อนแอลงที่ความสูงเหนือดิสก์" ทีมงานวางแผนที่จะเปรียบเทียบการสังเกตของพวกเขากับการจำลองทางทฤษฎีของกลไกการปล่อยลมแบบต่างๆ เพื่อดูว่ากลไกใดสามารถอธิบายต้นกำเนิดของลมได้ดีที่สุด ไกลออกไป พวกเขาหวังว่าจะค้นพบระบบที่บิดเบี้ยวและโยกเยกมากขึ้น และทำแผนที่โครงสร้างลมของดิสก์ จากนั้น นักวิทยาศาสตร์สามารถมีมุมมองที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับดิสก์ลม และการไหลออกดังกล่าวมีอิทธิพลต่อสภาพแวดล้อมอย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับที่ใหญ่กว่ามาก "หลุมดำมวลมหาศาลส่งผลต่อรูปร่างและโครงสร้างของกาแลคซีอย่างไร" Erin Kara ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านการพัฒนาอาชีพในปี 1958 ที่ MIT "หนึ่งในสมมติฐานหลักคือ ดิสก์ลมที่พุ่งออกมาจากหลุมดำ อาจส่งผลต่อรูปลักษณ์ของกาแลคซี ตอนนี้เราสามารถได้ภาพที่มีรายละเอียดมากขึ้นว่าลมเหล่านี้ถูกปล่อยออกมาอย่างไร และมีลักษณะอย่างไร"