Fedezd fel az árapály okozta események titkát

A szupermasszív fekete lyukak megzavarják vagy elpusztítják a közeli csillagokat, ami árapály-zavaráshoz (TDE) vezet. A TDE-k polarizált fényének megfigyelései most felfedték az érintett folyamatok kulcsfontosságú részleteit.

Az univerzum egy erőszakos hely, így egy csillag élete itt megszakadhat. Ez akkor történik, amikor egy csillag „rossz” környéken találja magát, különösen egy hatalmas halmaz közelében Fekete lyuk.

Ezek a fekete lyukak, amelyek tömege több milliószor vagy akár milliárdszor nagyobb, mint a mi Napunk, általában csendes galaxisok központjában találhatók. Ahogy a csillag távolodik a fekete lyuktól, felfelé irányuló gravitációs húzást tapasztal a szupermasszív fekete lyukból, ami végül legyőzi azokat az erőket, amelyek a csillagot érintetlenül tartják. Ennek eredményeként a csillag megszakad vagy megsemmisül, ezt az eseményt árapály-zavaró eseménynek (TDE) nevezik.

„Miután a csillag felszakadt, gáza akkréciós korongot képez a fekete lyuk körül. A korongból származó fényes kitörések szinte minden hullámhosszon megfigyelhetők, különösen a röntgensugarakat észlelő teleszkópokkal és műholdakkal” – mondja Yannis Lioudakis, a Turkui Egyetem és a Finn Csillagászati ​​Központ posztdoktori kutatója. ESO (vinca).

A közelmúltig csak néhány kutató tudott a TDE-ről, mivel nem sok kísérlet volt képes kimutatni. Az elmúlt években azonban a tudósok olyan eszközöket fejlesztettek ki, amelyekkel több TDE-t lehet nyomon követni. Érdekes, de talán nem meglepő, hogy ezek a megfigyelések új rejtélyekhez vezettek, amelyeket a kutatók jelenleg is tanulmányoznak.

„Az optikai teleszkópokkal végzett nagyszabású kísérletekből származó megfigyelések felfedték, hogy nagyszámú TDE nem hoz létre röntgensugarakat, noha a látható fény kitörései egyértelműen észlelhetők. Ez a megállapítás ellentmond a TDE-kben megzavart csillaganyag evolúciójáról szóló alapvető felfogásunknak” – jegyzi meg Liodakis.

Árapály-zavar esetén egy csillag elég közel kerül egy szupermasszív fekete lyukhoz, hogy a fekete lyuk gravitációs ereje addig hajlítsa a csillagot, amíg meg nem semmisül (1. kép). Az elpusztult csillagból származó csillagközi anyag ellipszis alakú folyamot képez a fekete lyuk körül (2. kép). Árapálylökések alakulnak ki a fekete lyuk körül, amikor a gáz a fekete lyuk körüli keringése után visszafelé csapódik vissza (3. kép). Az árapály-sokkok fényes polarizált fénykitöréseket hoznak létre, amelyek optikai és ultraibolya hullámhosszon is megfigyelhetők. Idővel az elpusztult csillagból származó gáz akkréciós korongot képez a fekete lyuk körül (4. kép), ahogy lassan behúzódik a fekete lyukba. Megjegyzés: A kép mérete nem pontos. Köszönetnyilvánítás: Jenny Gurmaninen

A folyóiratban megjelent tanulmány Tudományok A Finn Csillagászati ​​Központ és az ESO által vezetett nemzetközi csillagászcsoport azt sugallja, hogy a TDE-ből érkező polarizált fény lehet a kulcs a rejtvény megoldásához.

Ahelyett, hogy fényes röntgensugaras akkréciós korongot képezne a fekete lyuk körül, a sok TDE-ben észlelt optikai és ultraibolya fényben megfigyelt kitörés árapály-sokkokból eredhet. Ezek a lökések a fekete lyuktól távol keletkeznek, amikor a megsemmisült csillagból származó gáz visszaüti magát, miután megkerülte a fekete lyukat. A fényes röntgensugaras akkréciós korong ezekben az eseményekben később alakul ki.

„A fény polarizációja egyedülálló információkat szolgáltathat az asztrofizikai rendszerek alapvető folyamatairól. A TDE-ből mért polarizált fény csak ezekkel az árapálysokkokkal magyarázható” – mondja Lioudakis, a tanulmány vezető szerzője.

A polarizált fény segített a kutatóknak megérteni a csillagok pusztulását

A csapat 2020 végén kapott nyilvános riasztást a Gaia műholdtól egy tranziens nukleáris eseményről egy közeli galaxisban, amelyet AT 2020mot néven azonosítottak. A kutatók ezután az AT 2020mot hullámhosszok széles tartományában figyelték meg, beleértve az optikai polarizációt és a spektroszkópiai megfigyeléseket, amelyeket a Turku Egyetem tulajdonában lévő Scandinavian Optical Telescope (NOT) végeztek. A NOT-nál végzett megfigyelések különösen hasznosak voltak a felfedezés lehetővé tételében. Ezen túlmenően a polarizációs megfigyeléseket egy középiskolás diákok számára tartott megfigyelő csillagászati ​​tanfolyam részeként végezték.

„A tanulmányban használt skandináv optikai teleszkóp és polariméter nagymértékben hozzájárult a szupermasszív fekete lyukak és környezetük megértésére tett erőfeszítéseinkhez” – mondja Jenny Jormaninen, a FINCA és a Turku Egyetem doktora, aki a NOT polarizációs megfigyelését és elemzését vezette.

A kutatók azt találták, hogy az AT 2020mot-ból érkező optikai fény erősen polarizált és idővel megváltozott. A sok próbálkozás ellenére sem a rádió-, sem a röntgenteleszkópok nem tudták kimutatni az eseményből származó sugárzást a kitörés előtt, alatt, sőt hónapokkal azután sem.

„Amikor láttuk, hogy az AT2020mot milyen polarizált, azonnal arra gondoltunk, hogy egy sugár kiszabadul a fekete lyukból, mivel gyakran megfigyeljük a körülvevő gázt felhalmozódó szupermasszív fekete lyukak körül. Sugársugár azonban nem került elő” – mondja Elena Lindfors, a Turku és Fenca Egyetem tudományos munkatársa.

A csillagászok csapata rájött, hogy az adatok szorosan megfelelnek egy olyan forgatókönyvnek, amikor egy csillagközi gázfolyam összeütközik önmagával, és a fekete lyuk körüli pályája közepén és elején dudorokat képez. Az ütések ezután felerősítik a mágneses teret, és a csillagáramba rendezik, ami természetesen erősen polarizált fényt eredményez. Az optikai polarizáció szintje túl magas volt ahhoz, hogy a legtöbb modellel megmagyarázható legyen, és az a tény, hogy az idővel változott, még nehezebbé tette.

„Az általunk vizsgált modellek mindegyike nem tudta megmagyarázni a megfigyeléseket, kivéve az árapály-sokk modellt” – jegyzi meg Kari Kollionen, aki a FINCA csillagásza volt a megfigyelések idején, jelenleg pedig a Norvég Tudományos és Technológiai Egyetemen (NTNU) dolgozik.

A kutatók továbbra is figyelemmel kísérik a TDE-kből érkező polarizált fényt, és hamarosan többet is megtudhatnak arról, mi történik egy csillag lezuhanása után.

Hivatkozás: „Optikai polarizáció csillagáram-ütközésből árapály-zavarás esetén”, I.A. Leodakis, KII Koljonen, D. Blinov, E. Lindfors, KD Alexander, T. Hovatta, M. Berton, A. Hajela, J. Jormanainen, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas és K.
DOI: 10.1126/science.abj9570