Nowy model może tłumaczyć co widzimy gdy obserwujemy pożeranie gwiazdy przez masywną czarną dziurę

Na zdjęciu widzimy przekrój przez czarną dziurę pożerającą materię z rozerwanej gwiazdy. Źródło: Niels Bohr Institute

Gwiazda, która za bardzo zbliży się do supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki zostanie rozerwana przez jej grawitację w gwałtownym kataklizmie zwanym „zdarzeniem rozerwania pływowego” (TDE, ang. tidal disruption event), który prowadzi do emisji jasnego błysku promieniowania. Najnowsze badania prowadzone przez astrofizyków teoretycznych z Instytutu Nielsa Bohra (Uniwersytet Kopenhaski) oraz UC Santa Cruz pozwoliły na stworzenie zunifikowanego modelu tłumaczącego najnowsze obserwacje tych wyjątkowych zdarzeń.

Te przełomowe badania, których wyniki opublikowano w periodyku Astrophysical Journal Letters, mogą stanowić nowe teoretyczne podstawy dla szybko rosnącej dziedziny badań.

„Dopiero w ostatniej dekadzie osiągnęliśmy poziom, na którym jesteśmy w stanie odróżnić te TDE od innych zjawisk galaktycznych, a ów nowy model może stanowić podstawę do zrozumienia tych rzadkich zdarzeń” – mówi współautor artykułu Enrico Ramirez-Ruiz, profesor astronomii i astrofizyki na UC Santa Cruz.

W większości galaktyk, centralna czarna dziura jest spokojna i aktywnie nie pożera żadnej materii, przez co nie emituje też żadnego światła. Zdarzenia rozerwania pływowego należą do rzadkości i w przeciętnej galaktyce zdarzają się średnio raz na każde 10 000 lat. Gdy już jednak dojdzie do niego, pechowa gwiazda ulega rozerwaniu, a tworząca ją materia intensywnie „karmi” czarną dziurę prowadząc do emisji silnego promieniowania.

„To naprawdę ciekaw jak materia dostaje się do wnętrza czarnej dziury w tych ekstremalnych warunkach” mówi główna autorka artykułu Jane Lixin Dai, profesor astronomii na Uniwersytecie Kopenhaskim, która prowadziła badania. „Gdy czarna dziura pożera gwiezdny gaz, emituje przy ttym potężne ilości promieniowania, które możemy obserwować i wykorzystać do zrozumienia procesów fizycznych i obliczenia właściwości czarnej dziury. Właśnie dlatego poszukiwanie takich TDE jest niezwykle interesującym zajęciem”.

Choć procesy fizyczne stojące za wszystkimi TDE powinny być takie same, to obserwowane jak na razie kilkanaście takich przypadków wskazuje na bardzo różne właściwości. Niektóre TDE prowadzą do emisji głównie promieniowania rentgenowskiego, inne emitują głównie w zakresie widzialnym i ultrafioletowym. Teoretycy jak na razie mają problem ze zrozumieniem tej różnorodności i stworzenia na ich podstawie spójnego modelu TDE.

W najnowszym modelu, to kąt pod którym obserwujemy to zjawisko, odpowiedzialny jest za różnice w obserwacjach. Galaktyki ustawione są losowo względem linii wzroku obserwatorów znajdujących się na Ziemi, przez co obserwujemy różne fragmenty i różne elementy zdarzenia rozerwania pływowego.

To przypomina trochę jakąś drapieżną bestię skrywającą się za kotarą z liści. W zależności od tego gdzie względem jej się znajdujemy, to zobaczymy albo odsłoniętą bestię, albo tylko same liście. Widzimy co innego, ale bestia jest ta sama.

Model opracowany przez Dai i jej współpracowników łączy elementy ogólnej teorii względności, fizyki pól magnetycznych, promieniowania i hydrodynamiki gazu. Dzięki niemu naukowcy mogą sprawdzić co powinni obserwować przyglądając się zjawisku TDE pod różnymi kątami, dzięki czemu badacze będą mogli wpasować różne zdarzenia w jeden spójny opis.

Projekty przeglądowe planowane na kilka najbliższych lat mogą dostarczyć większej ilości danych dotyczących TDE i pomogą nam znacząco rozszerzyć to pole badań. Wśród nich należy wymienić przegląd Young Supernova Experiment (YSE) kierowany przez DARK Cosmology Centre w Instytucie Nielsa Bohra oraz Large Synoptic Survey Telescope budowany w Chile

„Za kilka lat będziemy obserwowali setki, a nawet tysiące zdarzeń TDE. Będą one doskonałymi ‚laboratoriami’ do testowania naszego modelu i poznawania nowych cech czarnych dziur” mówi Dai.

Źródło: NBI