Novinky

Na čem pracujeme: Tajemná povaha rentgenového zdroje Her X-1

Ve vesmíru je celá spousta zajímavých objektů, jimž se musí astrofyzikové věnovat jednomu po druhém. Bizarní konfigurace často předčí i fantazii autorů vědecko-fantastických románů. Zajímavým systémem je tzv. rentgenová dvojhvězda HZ Her/Her X-1 obsahující neutronovou hvězdu obklopenou  akrečním diskem. Právě tento systém se stal cílem studie V. Šimona z AsÚ, v níž se zabýval  dlouhodobým vývojem vysokoenergetických stavů tohoto objektu.

Jak již bylo napsáno, systém HZ Her/Her X-1 se skládá ze dvou objektů: z neutronové hvězdy a jejího průvodce – vyvinuté hvězdy, jež vyplňuje svůj Rocheův lalok (tedy oblast prostoru, v níž zcela dominuje gravitace hvězdy) a přes librační bod ležící na spojnici těchto dvou objektů tak materiál z této hvězdy (tzv. dárce, donora) přetéká na neutronovou hvězdu. Kolem ní se formuje akreční disk z  tohoto materiálu, který se posléze nabaluje na neutronovou hvězdu. Systém je zdrojem rentgenového záření (jeho vznik souvisí s procesy během akrece (tedy nabalování) materiálu na neutronovou hvězdu) a protože jde o první rentgenový zdroj objevený v souhvězdí Herkula družicí Uhuru, je tento systém znám též pod označením Hercules X-1.

Elektromagnetické záření pocházející z tohoto objektu a registrované přístroji na Zemi v optickém oboru a satelity s rentgenovými detektory na oběžné dráze Země vykazuje značnou proměnnost na rozmanitých časových škálách. Zjevné jsou pulsy s periodou 1,24 sekundy, které souvisejí s rychlou rotací neutronové hvězdy kolem své osy. Další zaznamenanou periodou je 1,70 dne, jež odpovídá době vzájemného oběhu obou složek dvojhvězdy. A do třetice zaznamenali astronomové periodu kolem 35 dní, která je spojována s precesí akrečního disku. Podle současných modelů se zdá, že akreční disk kolem neutronové hvězdy není rovinný, ale pokroucený a navíc ještě skloněný, což je příčinou jeho tzv. precese (nastávající v opačném smyslu, než je smysl oběhu složek).

Jasnost systému se ale mění i na jiných časových škálách, než jsou zmíněné periody, dlouhodobě kolísá registrovaný rentgenový tok o desítky procent na škálách především v rozmezí stovek až tisíců dnů. Systém dále vykazuje jakési dvojice pulsů rentgenového toku („stavy zapnuto“) trvající kolem 10 a 5 dnů během precesní periody. Rentgenové záření registrované v pásmu energií kolem 10 keV pochází z akrečního sloupce, jímž hmota dopadá z akrečního disku na neutronovou hvězdu. Zmíněné pulsy tedy zřejmě souvisejí s geometrií systému při zakrývání akrečního sloupce zvrásněným akrečním diskem. V pozorovací éře však některé z očekávaných aktivních stavů nenastaly, systém se ocitl ve stavech s anomálně nízkou aktivitou, které přetrvaly několik desítek až stovek dnů.

A právě dlouhodobá proměnnost systému v rentgenové i optické oblasti spektra zajímala V. Šimona. K dispozici měl rentgenová pozorování z přístroje ASM (All-Sky Monitor) na družici NASA RXTE (Rossi X-Ray Timing Explorer) a databázi optických pozorování Americké asociace pozorovatelů proměnných hvězd (AAVSO). Proměnnost v optickém oboru je způsobena tzv. přepracováním rentgenového záření pocházejícího z bezprostřední blízkosti neutronové hvězdy fotosférou donora na straně přilehlé neutronové hvězdě. Datové řady podrobil pečlivé analýze. Vzhledem k citlivosti rentgenového detektoru se rentgenová světelná křivka systému vlastně skládala z izolovaných vrcholů odpovídajících zvýšenému stavu, zatímco v nízkém stavu bylo rentgenové záření Her X-1 pod prahem možné detekce. To přinášelo v analýze jisté obtíže, jež musel V. Šimon také překonat.
Ze statistického zpracování pak vyplývá, že stavy s anomálně nízkou aktivitou v podstatě nevybočují z očekávaného statistického rozdělení registrovaného rentgenového toku a zapadají dobře do okrajových částí tohoto rozdělení. Během těchto nízkých stavů je však tok optického záření snížen výrazně méně. Podle interpretace V. Šimona to znamená, že změny rentgenového toku ve studovaném energetickém pásu jsou způsobeny nehomogenní strukturou vnitřních části disku, jež zakrývá přicházející rentgenové záření. Naproti tomu záření v optickém oboru pochází z ozařované dárcovského hvězdy, protože toto ozařování obstarává i vnitřní část disku, která zakrývá samotný rentgenový zdroj v těsné blízkosti neutronové hvězdy. Na rentgenové záření vnitřní části disku není přístroj ASM citlivý.

V éře před vypuštěním rentgenových dalekohledů byla u systému HZ Her/Her X-1 několikrát zaznamenána období, kdy jeho optická jasnost zůstala mimořádně nízká a téměř neměnná po dobu i několika let. Zůstává otázkou, zda jsou tato období extrémními případy stavů s anomálně nízkou aktivitou i v rentgenové oblasti spektra.

Michal Švanda

Citace práce

Šimon, V., Long-term Evolution of the Main-On States in Hercules X-1, Astron. J. 150 (2015) article id. 3

Kontakt: RNDr. Vojtěch Šimon, Ph.D., simon@asu.cas.cz