Расширение кода SKIRT позволит моделировать рентгеновские линии Лаймана в 3D
В новой научной работе, размещённой на arXiv, представлено расширение кода SKIRT — трёхмерного переноса излучения методом Монте-Карло. Теперь код способен моделировать линии серии Лаймана водородоподобных ионов, что открывает путь к более точной интерпретации рентгеновских спектров и поляриметрии компактных объектов.
Необходимость такой доработки связана с появлением данных высокого разрешения от космических обсерваторий XRISM и IXPE. Они дают новую информацию о геометрии и кинематике фотоионизованных плазм вокруг чёрных дыр и нейтронных звёзд, но для их анализа требуются полноценные трёхмерные симуляции, включающие взаимодействие фотонов с ионами.
Исследователи реализовали в коде переходы серии Лаймана вплоть до главного квантового числа n=10 для ионов с зарядом ядра от 1 до 30. Учтены тонкое расщепление уровней и линейная поляризация при резонансном рассеянии. Рассматриваются два канала образования линий: резонансное рассеяние и радиативная рекомбинация.
Проверка показала, что результаты моделирования согласуются с аналитическими ожиданиями и хорошо совпадают с расчётами облачного кода Cloudy. При этом SKIRT естественным образом воспроизводит такие эффекты, как профили P Cygni и искажение формы линий в оптически толстой среде, недоступные традиционным одномерным кодам.
В трёхмерных геометриях анизотропное освещение и поля скоростей существенно меняют отношения интенсивностей линий серии Лаймана и их профили. По указанию авторов, эти изменения могут быть зарегистрированы инструментами XRISM, что даёт новый способ проверки моделей.
Обновлённая версия SKIRT представляет собой мощный инструмент для интерпретации рентгеновских спектров и поляризации фотоионизованных плазм. Особенно она полезна для ограничения геометрии и структуры скоростей вблизи компактных объектов в эпоху XRISM и IXPE.
