Скорпион X-1¶

Скорпион X-1 (Sco X-1) — мощный рентгеновский источник, расположенный в созвездии Скорпиона. Является первым рентгеновским источником, обнаруженным за пределами Солнечной системы, и одним из самых ярких рентгеновских объектов на небе. Представляет собой тесную двойную систему, состоящую из нейтронной звезды и звезды-компаньона, перетекание вещества с которой порождает интенсивное рентгеновское излучение.

¶История открытия

Скорпион X-1 был открыт 18 июня 1962 года в ходе суборбитального полёта ракеты «Аэроби» (Aerobee) с аппаратурой, предназначенной для регистрации рентгеновского излучения. Эксперимент проводился группой учёных под руководством Риккардо Джаккони (впоследствии лауреата Нобелевской премии по физике 2002 года за вклад в развитие рентгеновской астрономии) из компании American Science and Engineering (AS&E). В ходе полёта, длившегося около 5 минут, были зафиксированы три источника рентгеновского излучения, один из которых, расположенный в созвездии Скорпиона, оказался самым ярким. Он и получил обозначение Sco X-1.

Открытие стало сенсацией, так как до этого момента считалось, что вне Солнечной системы рентгеновское излучение может быть только от Солнца. Sco X-1 положил начало рентгеновской астрономии. В 1966 году его оптический компонент был отождествлён со слабой голубой переменной звездой V818 Скорпиона, что подтвердило двойственную природу системы.

¶Физические характеристики

Скорпион X-1 — это тесная двойная система, в которой один из компонентов является нейтронной звездой, а второй — звездой-компаньоном малой массы (вероятно, красным карликом или субкарликом). Система относится к классу маломассивных рентгеновских двойных (LMXB).

¶Компоненты системы

• Нейтронная звезда: Объект массой около 1,4 массы Солнца, с радиусом порядка 10–15 км. Обладает сильным магнитным полем (порядка 10⁸–10⁹ Гс). Вращается с периодом около 2,8 миллисекунды, что делает её одной из быстрейших известных миллисекундных рентгеновских пульсаров (хотя в обычном состоянии пульсации не наблюдаются из-за рассеяния излучения в аккреционном диске).
• Звезда-компаньон: Объект массой около 0,4–0,5 массы Солнца, спектрального класса K или M. Заполняет свою полость Роша, что приводит к перетеканию вещества через внутреннюю точку Лагранжа L1 на нейтронную звезду.

¶Аккреция и излучение

Вещество с компаньона образует аккреционный диск вокруг нейтронной звезды. При падении на поверхность нейтронной звезды вещество разгоняется до релятивистских скоростей, нагревается до десятков миллионов градусов и излучает в рентгеновском диапазоне. Светимость Sco X-1 в рентгеновском диапазоне составляет около 10³⁸ эрг/с, что примерно в 10 000 раз превышает светимость Солнца во всех диапазонах. Интенсивность излучения сильно варьируется: наблюдаются вспышки, длящиеся от нескольких минут до нескольких часов, а также периоды относительного затишья.

¶Орбитальные характеристики

Период обращения компонентов друг вокруг друга составляет около 18,9 часов. Орбита почти круговая, наклонение орбиты к лучу зрения оценивается в 30–40 градусов. Расстояние до системы оценивается в 2,8–3,0 килопарсека (около 9000–10 000 световых лет).

¶Рентгеновское излучение

Скорпион X-1 является одним из самых ярких рентгеновских источников на небе после Солнца. Его рентгеновский спектр имеет сложную структуру: он состоит из теплового излучения аккреционного диска (температура порядка 10⁷ К) и нетеплового компонента, возникающего при рассеянии рентгеновских фотонов на горячих электронах в короне диска (так называемый комптонизированный компонент). В спектре также наблюдаются линии излучения ионов железа.

¶Оптический компонент

Оптический компонент системы — V818 Скорпиона — представляет собой слабую звезду (видимая звёздная величина около 12–13m), которая испытывает быстрые нерегулярные изменения блеска. В оптическом диапазоне система излучает в основном за счёт переизлучения рентгеновского излучения аккреционным диском, а также за счёт собственного излучения звезды-компаньона. Спектр V818 Скорпиона показывает эмиссионные линии водорода и гелия, характерные для аккреционных дисков.

¶Значение для астрономии

Скорпион X-1 сыграл ключевую роль в становлении рентгеновской астрономии. Его открытие доказало существование внесолнечных рентгеновских источников и стимулировало развитие космических рентгеновских телескопов. Изучение Sco X-1 позволило:

• Подтвердить модель аккреции на нейтронные звёзды.
• Изучить процессы в аккреционных дисках.
• Обнаружить эффекты общей теории относительности в сильных гравитационных полях (например, гравитационное красное смещение).
• Уточнить механизмы генерации рентгеновского излучения в тесных двойных системах.

¶Интересные факты

• Скорпион X-1 является одним из наиболее интенсивно изучаемых рентгеновских источников. Наблюдения за ним ведутся с помощью всех крупных рентгеновских обсерваторий, включая «Чандра», «XMM-Newton», «NuSTAR» и «Спектр-РГ».
• В 1967 году, ещё до открытия пульсаров, было высказано предположение, что Sco X-1 может быть нейтронной звездой. Позднее это подтвердилось.
• Система Sco X-1 используется как калибровочный источник для рентгеновских телескопов благодаря своей высокой яркости и стабильности в среднем.

¶Источники

• Giacconi, R., Gursky, H., Paolini, F. R., & Rossi, B. B. (1962). Evidence for x rays from sources outside the solar system. Physical Review Letters, 9(11), 439–443.
• Bradt, H. V. (2008). Astrophysics Processes: The Physics of Astronomical Phenomena. Cambridge University Press.
• Lewin, W. H. G., & van der Klis, M. (Eds.). (2006). Compact Stellar X-ray Sources. Cambridge University Press.
• Шкловский, И. С. (1984). Звёзды: их рождение, жизнь и смерть. Наука.