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