مقدمة

الأنظمة الثنائية للأشعة السينية هي أنظمة ثنائية يتراكم فيها جسم مضغوط، إما ثقب أسود أو نجم نيوتروني، المادة من نجم مرافق. لقد دُرست خصائص الاستقطاب للانبعاث من الأنظمة الثنائية للثقوب السوداء (BHXBs) بشكل جيد عند ترددات الراديو ، ومؤخراً حظيت ببعض الاهتمام عند الترددات البصرية وتحت الحمراء. في النطاق البصري، يمكن أن يتغير الاستقطاب الناتج عن تشتت انبعاث حراري غير مستقطب ذاتياً مع فترة المدار، مما يضع قيوداً على الخصائص الفيزيائية والهندسية للنظام . عند ترددات الراديو، وفي بعض الحالات عند الترددات البصرية/تحت الحمراء، يمكن أن يكون الاستقطاب المتغير ناتجاً عن انبعاث سنكروتروني من النفاثات المنطلقة عبر عملية الالتحام على الثقب الأسود أو النجم النيوتروني في الأنظمة الثنائية للأشعة السينية .

قبل أكثر من ثلاثين عاماً، أُجريت بعض قياسات الاستقطاب من الأنظمة الثنائية للأشعة السينية عند طاقات الأشعة السينية باستخدام مقياس الاستقطاب البلوري براغ على متن القمر الصناعي OSO 8. تم قياس الاستقطاب الخطي للنظام الثنائي عالي الكتلة (HMXB) والميكروكوازار Cygnus X–1 ليكون بين 2–5% عند 2.5–5.2 keV . منذ ذلك الحين، لم يمتلك أي كاشف أشعة سينية القدرة على قياس خصائص الاستقطاب للأنظمة الثنائية للأشعة السينية بدقة أعلى. مؤخراً، استُخدم القمر الصناعي INTEGRAL، باستخدام تقنيات مبتكرة، لتقدير استقطاب سديم السرطان ، وCygnus X–1 وبعض انفجارات أشعة \( \gamma \) عند طاقات الأشعة السينية الصلبة–أشعة \( \gamma \). وُجد أن استقطاب أشعة \( \gamma \) في Cyg X–1 مرتفع جداً، \( 67 \pm 30 \)% عند 0.4–2 MeV باستخدام أداة IBIS على متن INTEGRAL ، وتم تأكيد ذلك لاحقاً باستخدام أداة SPI، \( 76 \pm 15 \)% عند 0.23–0.85 MeV . الآلية الوحيدة القادرة على إنتاج مثل هذا الاستقطاب العالي عند هذه الطاقات هي الانبعاث السنكروتروني الرقيق بصرياً، وقد أُشير إلى أن الإلكترونات عالية الطاقة في النفاثة هي مصدر الاستقطاب . أكدت النمذجة الطيفية المفصلة لانبعاث keV–MeV وkeV–GeV في Cyg X–1 وجود ذيل MeV في الحالة الصلبة، والذي يمكن أن يكون ناتجاً إما عن كومبتنة هجينة أو مكون سنكروتروني. هنا نعتمد تصنيفات الحالات كما في . إذا كانت مستويات الاستقطاب العالية عند 0.2–2 MeV موثوقة، فإن السنكروترون هو الآلية المفضلة، وتتوافق النماذج النفاثية مع كون ذيل MeV هو الامتداد عالي الطاقة لقانون طاقة سنكروتروني رقيق بصرياً يمتد من الأطوال الموجية تحت الحمراء . بدلاً من ذلك، اقتُرح أن تدفق التحام ساخن يمكن أن ينتج أيضاً انبعاث سنكروتروني عالي الاستقطاب عند طاقات MeV؛ ويتطلب ذلك حركة أحادية البعد للإلكترونات على طول خطوط مجال مغناطيسي منتظم للغاية في المناطق الداخلية للتدفق الساخن . في هذه الحالة، يجب أن تهيمن منطقة صغيرة من التدفق الساخن تتراكم من اتجاه مفضل على انبعاث MeV، لأن خطوط المجال التي تخترق التدفق من جميع أجزاء قرص الالتحام الداخلي ستكون ذات اتجاهات مختلفة.

الانبعاث السنكروتروني الرقيق بصرياً مستقطب ذاتياً. إذا كان المجال المغناطيسي المحلي في منطقة الانبعاث منتظماً (مرتباً)، يُلاحظ استقطاب خطي صافٍ. إذا كان المجال متشابكاً، فإن اختلاف زوايا الضوء المستقطب يقلل من الاستقطاب المرصود المتوسط. الحد الأقصى لقوة الاستقطاب هو \( \sim 70 \)–80% في حالة المجال المنتظم تماماً ويعتمد فقط على درجة انتظام المجال وتوزيع طاقة الإلكترونات (انظر أيضاً القسم 3). عندما يكون انبعاث الراديو في BHXBs متوافقاً مع سنكروترون رقيق بصرياً (يحدث ذلك عادة أثناء انتقالات الحالة للأشعة السينية)، يُكتشف هذا التوقيع الاستقطابي غالباً عند مستويات مرتفعة نسبياً؛ \( \sim 10-30 \)% ، ويكون الانبعاث هنا من قذف نفاثات منفصلة أو تفاعلات مع الوسط بين النجمي وغالباً ما تُحلل في صور الراديو. زاوية الموضع (PA) للاستقطاب في هذه القذائف غالباً (ولكن ليس دائماً) ما تكون موازية تقريباً لمحور النفاثة الراديوية المرصودة، مما يعني أن المجال الكهربائي موازٍ لمحور النفاثة والمجال المغناطيسي متعامد مع محور النفاثة. قد يكون ذلك بسبب ضغط خطوط المجال المغناطيسي المتشابكة في الصدمات أسفل التدفق أو التصادمات مع مناطق كثيفة من الوسط بين النجمي، مما يؤدي إلى مجال عرضي منتظم جزئياً.

من المعروف أن النفاثات المخروطية المدمجة تنتج طيفاً مسطحاً أو مقلوباً قليلاً من الراديو إلى الترددات تحت الحمراء في BHXBs . هذه النفاثات المنطلقة باستمرار تختلف عن القذائف المنفصلة؛ حيث تتكون أطيافها من مكونات سنكروترونية متداخلة وممتصة ذاتياً (سميكة بصرياً) تنشأ من توزيعات إلكترونات ذات طاقات مختلفة تنتقل على طول النفاثة، على غرار ما يحدث في نوى المجرات النشطة . في BHXBs، تُنتج هذه النفاثات المدمجة عندما يكون المصدر في الحالة الصلبة للأشعة السينية . تم اكتشاف استقطاب خطي من هذا الطيف المسطح السميك بصرياً عند مستوى بضعة في المئة عند ترددات الراديو في بعض BHXBs . عند تردد معين، يُعتبر عادة في النطاق تحت الحمراء، ينكسر هذا الطيف السنكروتروني إلى طيف رقيق بصرياً، مع \( -1 \leq \alpha_{\rm thin} \leq -0.4 \). تم تحديد وعزل طيف قانون الطاقة للانبعاث الرقيق بصرياً في عدة BHXBs في النطاق تحت الحمراء/البصري وتم اكتشاف الكسر نفسه في بعض BHXBs في النطاق تحت الحمراء المتوسطة .

حتى الآن، لم تحاول سوى دراسات قليلة الكشف عن التوقيع الاستقطابي للانبعاث السنكروتروني الرقيق بصرياً من النفاثات المدمجة الموجودة في الحالة الصلبة في BHXBs. ينشأ هذا الانبعاث بالقرب من قاعدة النفاثة، في منطقة يُحتمل أن تكون مرتبطة ببداية تسريع الجسيمات في النفاثة . قد يكون الاستقطاب المرصود من هذه المنطقة ذا درجة انتظام أعلى مقارنة بالمناطق الأبعد في النفاثة، حيث قد يحافظ المجال على درجة عالية من الانتظام على منطقة انبعاث أصغر . لذلك توفر قياسات الاستقطاب لطيف قانون الطاقة الرقيق بصرياً أداة قوية للكشف عن طبيعة بنية المجال المغناطيسي في هذه المنطقة، وهو أمر مهم لنماذج ومحاكاة إنتاج النفاثات. في النطاق البصري/تحت الحمراء للأنظمة الثنائية للأشعة السينية، غالباً ما تهيمن مكونات أخرى مثل قرص الالتحام والنجم المرافق، مما يقلل من أي مساهمة سنكروترونية في الاستقطاب، ولكن عندما تكون مساهمة السنكروترون قوية، تم اكتشاف استقطاب ذاتي . تبلغ نسبة الاستقطاب الخطي الجزئي (FLP) في حدود \( \sim 1 \)–10%، مع وجود أدلة على تغيرات سريعة في بعض المصادر على مقاييس زمنية من ثوانٍ إلى دقائق. عادة ما تكون زاوية الموضع متعامدة تقريباً مع محور النفاثة الراديوية المرصودة عندما تكون هذه الزاوية معروفة، مما يعني أن المجال المغناطيسي موازٍ لمحور النفاثة. تتوافق الملاحظات حتى الآن مع هندسة مجال مغناطيسي متغير وغالباً متشابك، مع خطوط مجال موجهة تفضيلياً على طول محور النفاثة.

هنا نقدم قياسات استقطاب جديدة عالية الدقة في النطاق تحت الحمراء القريبة لـ Cyg X–1، وهو نظام ثنائي نشط باستمرار للأشعة السينية معروف بإطلاق نفاثة قوية . نجمع توزيعات الطاقة الطيفية (SEDs) الأرشيفية وجميع قياسات الاستقطاب المنشورة للمصدر حتى الآن، ونحاول نمذجة طيف التدفق متعدد الأطوال الموجية، وطيف FLP، وطيف زاوية الموضع بشكل متسق ذاتياً. يصف القسم 2 جمع البيانات ومعالجتها، ويُعرض النموذج والنتائج في القسم 3. ويُقدم النقاش في القسم 4، بما في ذلك التنبؤات للكشف المستقبلي عن استقطاب الأشعة السينية في الأنظمة الثنائية للأشعة السينية. وتلخص الاستنتاجات في القسم 5.

\( ^{a} \)PWV هو بخار الماء القابل للتكثف (مم)