Лебед X-1

Лебед X-1 — галактички рендгенски извор во соѕвездието Лебед, и првиот таков извор кој нашироко е прифатен како првата забележана црна дупка.Glister, Paul (2011), "Cygnus X-1: A Black Hole Confirmed." Centauri Dreams: Imagining and Planning Interstellar Exploration, 2011-11-29. Accessed 2016-09-16. Беше забележан во 1964 година за време на ракетните летови и е еден од најсилните рендгенски извори забележани од Земјата, давајќи максимален рендгенски тек од  (). Станува збор за еден од најпроучуваните астрономски објекти во својата класа. Денес се зема дека објектот има маса од околу 14,8 сончеви маси и е утврдено сека е премногу мало тело за да биде кој и да е познат тип на нормална ѕвезда, или друго тело, па останува да биде само црна дупка. Ако е така, полупречникот на хоризонтот на настани е  „како крајна горна граница за линиската димензија на изворната област“ на повремените рендгенски изливи кој траат околу 1 ms.

Лебед X-1 припаѓа на високомасовит рендгенски двоен систем, со местоположба на 6.070 светлосни години од Сонцето, што вклучува суперџиновска променлива ѕвезда со ознака HD 226868 која е во орбита на растојание од 0,2 ае, или 20% од растојанието меѓу Земјата и Сонцето. Ѕвездениот ветер од ѕвездата обезбедува материјал за насобирачкиот диск околу рендгенскиот извор. Материјата во внатрешниот диск е загреана до милиони степени, создавајќи ги набљудуваните X-зраци. Пар од млазови, насочени нормално на дискот, одведуваат дел од енергијата од материјалот кој упаѓа во меѓуѕвездената средина.

Системот можно е да припаѓа на ѕвезденото здружение наречено Лебед OB3, што пак би значело дека Лебед X-1 е со старост од 5 милиони години и се создало од s матичната ѕвезда кој имала повеќе од . Поголемиот дел од масата бил исфрлен, најверојатно преку ѕвездениот ветер. Ако оваа ѕвезда тогаш експлодирала како супернова, ударната сила во тие моменти ќе го исфрлела остатокот од масата на системот. Па така ѕвездата најверојатно директно преминала во црна дупка.

Лебед X-1 е пријателски облог меѓу физичарите Стивен Хокинг и Кип Торн во 1974 година, при што Хокинг се обложил дека не станува збор за црна дупка. Тој го признал поразот во 1990 година кога податоците од набљудувањата ги потврдиле тврдењата дека станува збор за црна дупка во системот. Ова тврдење има недостиг од директни емпириски докази, но општо е прифатено од индиректни докази.

Откривање и набљудување

Набљудувањето на рендгенските оддавања им овозможува на астрономите да ги изучуваат небесните појави каде имаме милионски температури. Сепак, бидејќи рендгенските оддавања се блокирани од Земјината атмосфера, набљудувањето на небесните рендгенски извори не е можно без да се издигнат инструментите на висини каде се присутни рендгенските зраци. Лебед X-1 беше забележан со употреба на рендгенски инструменти кои биле носени на ракети лансирани од ракетодромот „Вајт Сендс“ во Ново Мексико. Како дел од преокетот за мапирање на овие извори, спроведен е преглед во 1964 година користејќи подорбитални ракети Аероби. Две ракети носеле Гајгерови бројачи за да го измерат рендгенското зрачење во бранови должини во распон од 1– во дел од небото со површина од 8,4°. Овие инструменти го испитувале небото како што ракетите се вртеле, давајќи карта на близуснимениот простор.

Како резултат на овие прегледи, биле забележани нови 8 извори на рендгенско зрачење, вклучувајќи го и Лебед XR-1 (подоцна Лебед X-1) во соѕвездието Лебед. Небесните координати на овој извор биле ректасцензија 19ч53м и деклинација 34,6°. не се поврзува со ниту еден познат изразен радио или оптички извор во таа местоположба.

Согледувајќи ја потребата од подолгорочни изучувања, во 1963 година Рикардо Џиакони и Херберт Груски предложиле лансирање на првиот орбитален сателит за изучување на рендгенски извори. НАСА го лансирала Ухуру  во 1970 година, што довело до забележување на 300 нови рендгенски извори. Долгите набљудувања од страна на Ухуру на  Лебед X-1 укажувале на промени во јачината на рендгенското зрачење, промени кои се случувале неколкупати во секунда. Оваа брза промена значела дека создавањето на енергијата мора да се случува на многу мала област од околу ,Ова е растојанието кое светлината може да го измине за третина од секундата. со што брзината на светлината ја ограничува комуникацијата меѓу подалечните области. За споредба, пречникот на Сонцето е околу .

Во април и мај 1971 година, Лук Браес и Џорџ Мили од Лајденската опсерваторија, и независно Роберт Хјелминг и Кемпбел Вејд од Националната радиоастрономска опсерваторија, забележале радиосигнали од Лебед X-1, и нивните прецизни радиопозиционирања наведувале кон рендгенски извор кај ѕвездата AGK2 +35 1910 = HD 226868. На небесната сфера, оваа ѕвезда е на половина степен од ѕвездата Ета Лебед со привидна величина 4. Станува збор за суперџиновска ѕвезда, која самата по себе, не може да ги оддава набљудуваните количини на рендгенско зрачење. Сепак, ѕвездата треба да поседува придружник кој може да го загрее гасот до милиони степени за да се добие набљудуваниот извор на зрачење Лебед X-1.

Луис Вебстер и Пол Мурсин, од Кралската опсерваторија во Гриниќ, и Том Болтон, работејќи независно од Торонтскиот универзитет при опсерваторијата „Дејвид Данлоп“, го објавиле откритието на масивен придружник на HD 226868 во 1971 година. Мерењата на Доплеровата промена она ѕвездениот спектар  укажува на присуство на придружник и се овозможило неговата маса да се определи од орбиталните параметри. Врз основа на големата маса предвидена за ова тело, тие заклучиле дека најверојатно станува збор за црна дупка бидејќи најголемаата неутронска ѕвезда не може да има повеќе од 3 сончеви маси.

Со понатамошното набљудување се потврдиле доказите, и кон крајот на 1973 година астрономската заедница се согласила дека  Лебед X-1 е најверојатно црна дупка. Попрецизните мерења на Лебед X-1 укажувале на променливост од една милисекунда. Овој интервал се совпаѓа со турбуленцијата во дискот на насобрана материја околу црната дупка односно т.н. насобирачки диск. рендгенските изливи кои траат околу третина од секундата се совпаѓаат со очекуваната временска рамка за врмето потребно на материјата да упадне во црната дупка.


Лебед X-1 од тогаш е изучуван темелито користејќи инструменти во орбита и на површината на Земјата. Сличностите меѓу зрачењата со оние на  рендгенските двојни ѕвезди како што е HD 226868/Лебед X-1 и активното галактичко јадро наведуваат на заеднички механизам за создавање на енергијата, која е карактеризтична за црните дупки, орбитален насобирачки диск на кој се надоврзуваат млазови. Од оваа причина, Лебед X-1 се класифицира како класа на објекти наречени микроквазари, налик на квазарите, за кои денес се знае дека се далечни активни галактички јадра. Научните истражувања на двојните системи како што е HD 226868/Лебед X-1 може да доведе до дополнителни знаења за механизмите на активните галаксии.

Двоен систем

Компактната ѕвезда и синиот суперџин се двоен систем во кој тие се во орбита околу заедничкото тежиште на секои 5,599829 денови. Гледано од Земјата, компактното тело никогаш не е зад другата ѕвезда, со други зборови, сситемот не е затемнувачки двоен систем. Сепак, наклонот на орбиталната рамнина во однос на набљудувањето од Земјата останува неутврдено, со предвидувања кои се движат од 27° до 65°. Труд од 2007 година проценува дека наклонот е , што би значело дека големата полуоска е околу , или 20% од растојанието меѓу Земјата и Сонцето. За орбиталното занесување се мисли дека е ; скоро кружна орбита. Растојанието до Земјата од системот се проценува на 1860±120 парсеци или 6070±390 светлосни години.

Системот HD 226868/Лебед X-1 споделува заедничка насока на движење низ прострот со здружението на масивни ѕвезди познато како Лебед OB3, кое е на растојание од околу 2.000 парсеци од Сонцето. Ова укажува дека HD 226868, Лебед X-1 и ова OB-здружение можно е да се создадени во исто време и место. Ако е така, тогаш старост на системот е околу . Движењето на HD 226868 во однос на Лебед OB3 е ; вообичаена вредност за случајно движење во ѕвезденото здружение. HD 226868 е на растојание од 60 парсеци од центарот на здружението, и тоа растојание го постигнала за околу —што грубо се совпаѓа со проценетата старост на здружението.

Со галактичка ширина од 4 степени и галактичка должина од 71 степен, овој систем се наоѓа во истата должина како и Орионовиот Крак односно местоположбата на Сонцето во Млечниот Пат, во близина каде се соединува со Стрелечкиот ракав. Лебед X-1 се опишува како да е припадник на Стрелечкиот ракав, но треба да се има предвид дека структурата на Млечниот Пат не е прецизно воспостваена.

Компактна ѕвезда

Од различни техники, масата на компактната ѕвезда е поголема од дозволената максимална маса за неутронска ѕвезда. Ѕвездените развојни модели даваат вредност за масата од околу , додека па други техники даваат резултат од 10 сончеви маси. Мерејќи ги периодичностите во оддавањето на X-зраците во близина на ѕвездата дава вредност од . Во сите случаи, телото е најверојатно црна дупка—област во просторот со гравитациско поле кое е доволно силно да го спречи електромагнетното зрачење да ја напушти внатрешноста. границата на оваа област се нарекува хоризонт на настани и има делотворен полупречник наречен Шварцшилдов полупречник, односно за Лебед X-1 тој изнесува . Се што (вклучувајќи материја и фотони) минува низ оваа граница не може да избега.

Доказ за ваквиот хоризонт на настани можно е да е забележан во 1992 година користејќи го ултравиолетовите (UV) набљудувања со виокобрзинскиот фотометар на Хабл. Самосјајни згрутчувања на материја спирално упаѓаат во црната дупка, и нивното зрачење ќе биде оддадено во низа пулсеви кои подлежат на гравитациското црвено поместување како што материјалот се наближува до хоризонтот. Односно, брановата должина на зрачењето постепено ќе се зголемува, како што е предвидено од општата релативност. Материјата која ќе се судри со компактно цврсто тело ќе оддаде конечен изблик на енергија, додека пак материјата која минува низ хоризонтот на настани нема да оддаде енергија. Набљудувани се и двата настани, што е во согласност со постоењето на црна дупка.


Вртењето на компактното тело сè уште не е утврдено. Минатите анализи на податоците од вселенската Чандровата рендгенска опсерваторија наведуваат дека Лебедs X-1 не се врти со некој забележлив чекор. Сепак, доказите објавени во 2011 година наведуваа дека телото се врти крајно брзо, приближно 790 пати во секунда.

Создавање

Најголемата ѕвезда во здружението Лебед OB3 има маса за 40 пати поголема од Сонцето. Како што помасивните ѕвезди се развиваат побрзо, ова значи дека ѕвездата од која настанала Лебед X-1 имала повеќе од 40 сончеви маси. Земајќи ја предвид моменталната маса на црната дупка, ѕвездата морала да загуби преку 30 сончеви маси. Дел од масата е најверојатно била загубена и префрлена на HD 226868, додека пак остатокот бил исфрлен од силнот ѕвезден ветер. Надворешните атмосферски слоеви HDE 226868 се збогатени со хелиум, што би било доказ за преносот на материја. Можно е ѕвездата родилка да станала Волф–Рајеова ѕвезда, која исфрла значителен дел од својата атмосфера поради силните ѕвездени ветришта.

Доколку ѕвездата родила експлодирала како супернова, набљудувањата на овие тела покажале дека најверојатно останатата ѕвезда ќе биде исфрлена од системот со релативно голема брзина. Но бидејќи ѕвездата останала во орбита, се џсклучува дека ѕвездата родилка директно се развила во црна дупка без да експлодира (или пак имала слаба експлозија).

Насобирачки диск

Компактната ѕвезда, се смета дека во својата орбита има тенок, мазен диск од забрзана материја познат како насобирачки диск. Овој диск е силно загреан од триењето меѓу јонизираниот гас во брзоподвижните внатрешни орбити и оној во спорите надворешни орбити. Поделен е на внатрешена врела област со релативно високо ниво на јонизација—создавајќи плазма—и поладна, помалку јонизирана  област која се проценува дека се протега 500 пати од должината на Шварцшилдовиот полупречник, или околу 15.000 км.

Иако е многу изразита и неправилна променлива ѕвезда, Лебед X-1 е типично најсјаниот опстојувачки извор на небото од тврди X-зраци—со енергии од 30 до неколку стотини keV. Рендгенските зраци се добиени така што нискоенергетските фотони  во тенкиот внатрешен насобирачки диск, добиваат енергија преку комптоновото расејување од високотемпературните електрони, во геометриски подебелата но скоро проѕирна корона, како и од отсјајот од површината на тенкиот диск. Дополнителна можност е дека рендгенските зраци можно е да се комптоново расејани од основата на млазот наместо во короната на дискот.

Рендгенското зрачење од Лебед X-1 се менува на некој повторлив начин наречен квазипериодично осцилирање (QPO). Масата на компактното тело го одредува растојанието на кое околната плазма започнува да оддава квазипериодични осцилации, на начин што оддавниот полупречник се намалува со намалувањето на масата. Оваа техника била употребена за да се процени масата на Лебед X-1, со што би се добиле податоци кои би се споредиле со другите методи.

Пулсирањата со стабилен период, сличен на оној на неутронската ѕвезда, никогаш не е забележан кај Лебед X-1. Пулсирањата од неутронските ѕвезди се предизвикани од магнетното поле на неутронската ѕвезда, сепак, теоремат за отсуство на коса укажува дека црните дупки немаат магнетни полови. На пример, рендгенската двојна променлива ѕвезда V 0332+53 се сметало дека е можен кандидат за црна дупка сè додека не се забележани пулсирања. Лебед X-1 никогаш немал оддадено рендгенски зиливи слични со оние кај неутронските ѕвезди. Лебед X-1 непредвидувачки се менува меѓу две рендгенски состојби, иако рендгенското зрачење може да се менува меѓу тие две состојби. Во најчестата состојба, рендгенското зрачење е „тврдо“, што значи дека поголемиот дел од рендгенските зраци имаат високи енергии. Во поретките состојби, рендгенското зрачење е „меко“, при што повеќето рендгенски зраци имаат ниски енергии. Оваа состојба има и поголема променливост. Тврдата состојба се верува дека потекнува во короната околу внатрешниот дел од понепроѕирниот насобирачки диск. Меката состојба се случува кога дискот се наближува до компактното тело (веројатно до ), што е проследено со ладење или исфрлање на короната. Кога ќе се создаде нова корона, Лебед X-1 се враќа назад во тврдата состојба.

Спектралниот премин на Лебед X-1 може да се објасни со употреба на дводелно сдвективно тековно решение, предложено од Чакрабарти и титарчук. Тврдата состојба се создава од инверзната Комптонизација на семенските фотони од Кепларианскиот диск и од синхротроните  фотони добиени од врелите електрони во центрифугалнопотисниот-поддржувачки граничен слој (CENBOL).

Рендгенскиот тек на Лебед X-1 се менува периодично на секои , особено за време на горната врска кога орбиталните тела се поблиску подредени со Земјата и компактниот извор е подалечен. Ова укажува дека оддавањата се делумно блокирани од околната материја во орбитата, што пак може да е ѕвездениот ветер од ѕвездата HD 226868. Постои група периодичност во оддавањето од , што пак може да е предизвикано од прецесијата на насобирачкиот диск.

Млазови

Како што забрзаната материја упаѓа кон компактното тело, ја губи гравитациската потенцијална енергија. Дел од ослободената енергија е одведена од млазовите на честички, подредени нормално на насобирачкиот диск, што е исфрлен нанадвор со релативистички брзини. (Односно, честичките се движат со значителен дел од брзината на светлината.) овој пар на млазови дава можност за насобирачкиот диск да ја оддаде вишокот енергија и моментот на импулсот. Тие можеби се создадени од магнетните полиња во гасот кој е во орбита околу компактното тело.

Млазовите на Лебед X-1 неефикасни зрачители и на тој начин ослободуваат само мал дел на нивната енергија во електромагнетниот спектар. Односно, тие налик се „темни“. Проценетиот агол на млазовите со линијата нанабљудување е 30° и можно е тие да се во прецесија. Еден од млазовите се судира со релатвино густиот дел на меѓуѕвездената средина, создавајќи енергетски прстен кој може да се забележи како радиосигнал. Овој судир создава маглина која е набљудувана во  оптичките бранови должини. За да се создаде оваа маглина, млазот мора да има проценета просечна моќ од 4–, или . Ова е повеќе од 1.000 пати од оддадената моќ на Сонцето. не постои соодветен прстен во спротивната насока бидејќи тој млаз се соочува со област со мала густина на меѓуѕвездената средина.

Во 2006 година, Лебед X-1 стана првото подрачје на високоенергетски зрачења, над . Сигналот бил набљудуван во исто време како блесок на тврди рендгенски зраци, наведувајќи на поврзаност меѓу настаните. Рендгенскиот блесок можно е да бил создаден од основата на млазот, додека пак гама-зраците се создадени во месноста каде млазовите заемнодејствуваат со ѕвездениот ветер на HD 226868.

HD 226868

HD 226868 е суперџиновска ѕвезда  од спектрален тип O9.7 Iab, односно на границата меѓу спектралните класи O и B. Има проценета површинска температура од 31.000 K и маса од 20 до 40 пати од масата на Сонцето. Врз основа на ѕвездениот развоен модел, на проценетото растојание од 2.000 парсеци оваа ѕвезда можно е да има полупречник од околу 15–17 пати од сончевиот полупречник и приближно 300.000–400.000 пати поголема сјајност од Сонцето. За споредба, за компактното тело се проценува дека е на растојание од HD 226868 од 40 сончеви полупречници, или двапати од полупречникот на ѕвездата.

Површината на HD 226868 е плимно изменета од гравитацијата на масивниот придружник, создавајќи облик на лик на солза кој понатамошно е изменет од страна на вртењето на ѕвездата околу својата оска. Ова предизвикува оптичката сјајност на ѕвездата да се менува за 0,06 величини во текот на секои 5,6 денови, со минимална величина кога системот е подреден со линијата на анабљудување. „Елипсоидната“ шема на промена на светлината доведува до рабно затемнување и гравитациско затемнување на ѕвездената површина.

Кога спектарот на HD 226868 е спореден со сличната ѕвезда Епсилон Орион, кај првата се забележува огромно количество на хелиум и недостаток на јаглерод во атмосферата. Ултравиолетовите и водородните алфа спектрални линии на HD 226868 дафаат профил сличен на оној со P Лебед, што укажува дека ѕвездата е обиколена со гас кој е забрзан од површината на ѕвездата со брзина од околу 1.500 км/с.

Како и другите ѕвезди од овој спектрален тип, HD 226868 се верува дека ѕвездата губи маса преку ѕвездениот ветер со проценета стапка од  сончеви маси годишно. Што би значело дека за 400.000 илјади години же изгуби маса колку што е масата на Сонцето. Гравитациското влијание на компактното тело веројатно го изменува ѕвездениот ветер, создавајќи фокусирана ветровита геометрија наместо сферно симетричен ветер. Рендгенското зрачење од областа околу компактното тело го загрева и јонизира ѕвездениот ветер. Како што телото се движи низ различните области на ѕвездениот ветер во текот на неговата 5,6-орбита, UV-линии, радиобрановите, и рендгенското зрачење се менуваат.

Рошовата шуплина на HD 226868 го определува просторот околу ѕвездата каде орбиталната материја останува гравитациски сврзана. Материјалот кој минува преку овој материјал кој минува понатаму од тој залисток можно е да падне на придружното тело. Оваа рошова шуплина се верува дека е близу до HD 226868 но не премногу, па така материјалот од ѕвездената површина не е гравитациски привлекуван од придружникот. Сепак, значителен дел од ѕвездениот ветер оддаден од ѕвездата е привлечен кон насобирачкиот диск на црната дупка по минувањето низ шуплината.

Гасот и прашината помеѓу Сонцето и HD 226868 доведува до намалување на привидната величина на ѕвездата со штоо црвената светлина може поефективно да помине низ правта и меѓуѕвездената средина. Проценетата вредност на згаснувањето (AV) е 3,3 величини. Доколку ја нема оваа материја, HD 226868 же биде ѕвезда од 5-та величина а со тоа и видлива за човековото око.

Стивен хокинг и Кип Торн

Лебед X-1бил дел од кладбата меѓу физичарите Стивен хокинг и Кип Торн, во кој хокинг се опкладил дека не постои црна дупка. Хокинг подоцна ова го опишал налик на „осигурителна полиса“. Во неговата книга Кратка историја на времето запишал:

Според десеттото јубилејно издание на Кратка историја на времето, Хокинг прифатил дека го изгубил облогот поради редовните податоци од набљудувањата кои укажуваат на постоење на црна дупка. Во сопствената книга, Црни дупки и временски витли, Торн пишува дека Хокинг го признал поразот влетувајќи во канцеларијата на Торн додека тој бил во Русија, наоѓајќи го врамениот облог, и го потпишал. (Иако Хокинг за облогот пишува дека се случил во 1975 година, напишаниот облог (со ракописот на Торн, со негов и хокингов потпис) има дополнителни потписи на под легенда на која пишува „Сведочам на овој десетти ден на декември 1974 година“. Овој датум беше потврден од страна на Кип Торн на 10 јануари 2018 година во епизода на Нова на PBS.)

 Во популарната култура 
Окото на теророт, замислен процеп во просторот во универзумот на Вархамер 40.000, се смета дека е познат на современите астрономи како Лебед X-1.

Лебед X-1 се спомнува као црна дупка која ја уништила планетата на Билусалудо во анимираната трилогија Годзила.

Канадската рок група Раш снимила десетделен албум за патување и истражување на Лебед поделен на две книги“, од кои едната е Збогум на кралевите (1977) и Полутопки (1978)

Во дизниевиот филм од 1979 година Црна дупка, глумците откриваат црна дупка со мистериозно вселенско летало во орбита зад хоризонтот на настаните, и името на леталото е 'Лебед'.

 Поврзано 

 Лебед X-1 (песни)
 Список на блиски црни дупки
 Ѕвездена црна дупка

Наводи

Надворешни врски

 See Cyg X-1 (an optical view) in WorldWide Telescope

Cygnus X-1 at Constellation Guide
 NuSTAR and Suzaku observations of the hard state in Cygnus X-1: locating the inner accretion disk Michael Parker, 29 May 2015 Pdf
 NuSTAR's First View of High-Energy X-ray Universe  NASA/JPL-Caltech June 28, 2012

098298
Категорија:Сини суперџинови
Категорија:Лебед (соѕвездие)
226868
Категорија:Ѕвездени црни дупки
Категорија:Рендгенски двојни ѕвезди
Лебед, V1357
Категорија:Тела од Бонскиот преглед
Категорија:Вртечки елипсоидни променливи ѕвезди