Квазипериодическое колебание - Quasi-periodic oscillation
В рентгеновской астрономии , квазипериодические колебания ( QPO ) являются способом , в котором рентгеновский свет от астрономических объектов мерцает об определенных частотах. В этих ситуациях рентгеновское излучение излучается вблизи внутреннего края аккреционного диска, в котором газ закручивается на компактный объект, такой как белый карлик , нейтронная звезда или черная дыра .
Феномен QPO обещает помочь астрономам понять самые сокровенные области аккреционных дисков, а также массы, радиусы и периоды вращения белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр. QPO могут помочь проверить общую теорию относительности Альберта Эйнштейна, которая делает предсказания, которые больше всего отличаются от предсказаний ньютоновской гравитации, когда гравитационная сила самая сильная или когда вращение самое быстрое (когда в игру вступает явление, называемое эффектом Лензе-Тирринга ). Однако различные объяснения QPO остаются противоречивыми, и выводы, сделанные в результате их исследования, остаются предварительными.
QPO идентифицируются посредством выполнения спектра мощности из временных рядов рентгеновских лучей. Постоянный уровень белого шума ожидается от случайного изменения выборки света объекта. Системы, которые показывают QPO, иногда также показывают непериодический шум, который проявляется в виде непрерывной кривой в спектре мощности. Периодическая пульсация проявляется в спектре мощности как пик мощности ровно на одной частоте ( дельта-функция Дирака при достаточно длительном наблюдении). QPO, с другой стороны, выглядит как более широкий пик, иногда с лоренцевой формой.
Какие изменения во времени могут вызвать QPO? Например, спектр мощности колеблющегося выстрела выглядит как континуум шума вместе с QPO. Колеблющийся выстрел - это синусоидальное изменение, которое начинается внезапно и экспоненциально затухает. Сценарий, в котором колеблющиеся выстрелы вызывают наблюдаемые QPO, может включать в себя «капли» газа на орбите вокруг вращающейся слабо намагниченной нейтронной звезды. Каждый раз, когда капля приближается к магнитному полюсу, увеличивается количество газов и увеличивается рентгеновское излучение. В то же время масса капли уменьшается, так что колебания затухают.
Часто спектры мощности формируются из нескольких временных интервалов, а затем суммируются до того, как QPO станет статистически значимым.
История
QPO сначала были идентифицированы в системах белых карликов, а затем в системах нейтронных звезд.
Сначала установлено, что QPOS были класса (звездные системы нейтронных источников Z и атоллов источников ) не известно, имеют пульсацию. В результате периоды вращения этих нейтронных звезд были неизвестны. Считается, что эти нейтронные звезды имеют относительно низкие магнитные поля, поэтому газ не падает в основном на их магнитные полюса, как при аккреции пульсаров . Поскольку их магнитные поля настолько низки, аккреционный диск может подойти очень близко к нейтронной звезде, прежде чем будет разрушен магнитным полем.
Было замечено, что спектральная изменчивость этих нейтронных звезд соответствует изменениям в QPO. Было обнаружено, что типичные частоты QPO находятся в диапазоне от 1 до 60 Гц . Самые быстрые колебания были обнаружены в спектральном состоянии, называемом горизонтальной ветвью, и считались результатом совместного вращения вещества в диске и вращения коллапсирующей звезды («модель частоты биений»). Во время нормального ответвления и вспыхивающего ответвления считалось, что звезда приближается к своей светимости Эддингтона, при которой сила излучения может отталкивать аккреционный газ. Это могло вызвать колебания совершенно иного рода.
Наблюдения, начатые в 1996 году с помощью прибора Rossi X-ray Timing Explorer, могли обнаружить более быструю изменчивость, и было обнаружено, что нейтронные звезды и черные дыры испускают рентгеновские лучи, которые имеют QPO с частотами до 1000 Гц или около того. Часто обнаруживались QPO «двойного пика», в которых два колебания примерно одинаковой мощности возникали с высокими амплитудами. Эти более высокочастотные QPO могут показывать поведение, связанное с поведением более низкочастотных QPO.
Измерение черных дыр
QPO можно использовать для определения массы черных дыр . Этот метод использует взаимосвязь между черными дырами и внутренней частью окружающих их дисков, где газ по спирали направляется внутрь, прежде чем достигнет горизонта событий. Горячий газ накапливается возле черной дыры и излучает поток рентгеновских лучей, интенсивность которых изменяется по схеме, которая повторяется почти через равные промежутки времени. Этот сигнал - QPO. Астрономы давно подозревали, что частота QPO зависит от массы черной дыры. Зона скопления находится рядом с маленькими черными дырами, поэтому часы QPO тикают быстро. По мере увеличения массы черных дыр зона скопления отодвигается все дальше, поэтому часы QPO тикают все медленнее и медленнее.