Ny model forklarer, hvad vi ser, når et massivt sort hul fortærer en stjerne

En stjerne, der vandrer for tæt på det supermassive sorte hul i midten af ​​sin galakse, vil blive revet fra hinanden af ​​det sorte huls tyngdekraft i en voldsom katastrofe kaldet en tidevandsforstyrrelseshændelse (TDE), frembringer en lys flare af stråling. En ny undersøgelse ledet af teoretiske astrofysikere ved Københavns Universitets Niels Bohr Institut og UC Santa Cruz giver en samlet model, der forklarer nylige observationer af disse ekstreme begivenheder.

Gennembrudsundersøgelsen, udgivet i Astrofysiske tidsskriftsbreve , giver et nyt teoretisk perspektiv for et hurtigt voksende forskningsfelt.

"Kun i det sidste årti eller deromkring har vi været i stand til at skelne TDE'er fra andre galaktiske fænomener, og den nye model vil give os den grundlæggende ramme for at forstå disse sjældne begivenheder, " sagde medforfatter Enrico Ramirez-Ruiz, professor og formand for astronomi og astrofysik ved UC Santa Cruz og Niels Bohr professor ved Københavns Universitet.

I de fleste galakser, det centrale sorte hul er stille, ikke aktivt forbruge noget materiale og derfor ikke udsende noget lys. Tidevandsforstyrrelser er sjældne, sker kun en gang hver 10. 000 år i en typisk galakse. Når en uheldig stjerne bliver revet fra hinanden, imidlertid, det sorte hul er "overfodret" med stjerneaffald i et stykke tid og udsender intens stråling.

"Det er interessant at se, hvordan materialer kommer ind i det sorte hul under så ekstreme forhold, " sagde førsteforfatter Jane Lixin Dai, adjunkt ved Københavns Universitet, der ledede undersøgelsen. "Da det sorte hul spiser stjernegassen, der udsendes en stor mængde stråling. Strålingen er det, vi kan observere, og ved hjælp af det kan vi forstå fysikken og beregne sorte huls egenskaber. Dette gør det ekstremt interessant at gå på jagt efter hændelser med tidevandsforstyrrelser."

Mens den samme fysik forventes at ske i alle tidevandsafbrydelseshændelser, omkring to dusin af dem er blevet observeret indtil nu, de observerede egenskaber ved disse begivenheder har vist stor variation. Nogle udsender for det meste røntgenstråler, mens andre for det meste udsender synligt og ultraviolet lys. Teoretikere har kæmpet for at forstå denne mangfoldighed og samle forskellige brikker af puslespillet til en sammenhængende model.

Synsvinkel

I den nye model, det er observatørens synsvinkel, der forklarer forskelle i observationerne. Galakser er orienteret tilfældigt i forhold til synslinjen for observatører på Jorden, som ser forskellige aspekter af en tidevandsafbrydelseshændelse afhængigt af dens orientering.

"Det er som om der er et slør, der dækker en del af et dyr, "Forklarede Ramirez-Ruiz." Fra nogle vinkler ser vi et udsat dyr, men fra andre vinkler ser vi et overdækket dyr. Dyret er det samme, men vores opfattelse er anderledes. "

Modellen udviklet af Dai og hendes samarbejdspartnere kombinerer elementer fra generel relativitet, magnetiske felter, stråling, og gashydrodynamik. Det viser, hvad astronomer kan forvente at se, når de ser hændelser med tidevandsafbrydelse fra forskellige vinkler, giver forskere mulighed for at passe forskellige begivenheder ind i en sammenhængende ramme.

Undersøgelsesprojekter, der er planlagt i de næste par år, forventes at give meget flere data om hændelser af tidevandsafbrydelser og vil i høj grad hjælpe med at udvide dette forskningsfelt, ifølge Dai. Disse inkluderer Young Supernova Experiment (YSE) forbigående undersøgelse, ledet af DARK Cosmology Center på Niels Bohr Institutet og UC Santa Cruz, og de store synoptiske undersøgelsesteleskoper, der bygges i Chile.

"Vi vil observere hundreder til tusindvis af tidevandsafbrydelser om nogle år. Dette vil give os en masse 'laboratorier' til at teste vores model og bruge den til at forstå mere om sorte huller, "Sagde Dai.

Ud over Dai og Ramirez-Ruiz, medforfatterne inkluderer Jonathan McKinney, Nathaniel Roth, og Cole Miller ved University of Maryland, College Park. State-of-the-art beregningsværktøjer blev brugt til at løse gåden, og simuleringerne er udført af Dai og Roth på den nyligt erhvervede store computerklynge muliggjort af en bevilling fra Villum Fonden til Jens Hjorth, leder af DARK Cosmology Center, samt klynger finansieret af U.S. National Science Foundation og NASA.