Forskeren rapporterer nye oplysninger om sorte huller

Ny forskning fra College of Charleston fysik- og astronomiprofessor Chris Fragile kan hjælpe forskere med at opdage mere om mellemliggende sorte huller og aktiviteterne omkring dem.

Fragiles forskning, som snart vil blive vist i Astrophysics Journal, involverer stjerner eller andre himmellegemer, der bevæger sig for tæt på et sort hul, hvilket resulterede i, at objektet blev revet fra hinanden af ​​det sorte huls ekstreme tidevandskræfter. Under sådanne voldelige "tidevandsforstyrrelser" (TDE'er), objektet, der forstyrres, strækkes og komprimeres samtidigt i modsatte retninger. Hvis objektet tilfældigvis er en hvid dværgstjerne, som er den døde kerne af en sollignende stjerne, komprimeringen kan være tilstrækkelig til kortvarigt at genstarte atomfusion, på en måde bringe den hvide dværg tilbage til livet, om end kun i et par sekunder.

For at dette kan ske, siger skrøbelig, den hvide dværg skal passere relativt tæt (inde i "tidevandsradius") til et mellemliggende sort hul (IMBH), en omkring 1, 000 til 10, 000 gange solens masse. Dette skyldes, at størrelsen på et sort hul (og dets tidevandsradius) korrelerer med dets masse. Hvis det sorte hul har for lidt masse, dens tidevandsradius er mindre end størrelsen på den hvide dværg, så det sorte hul er i første omgang slugt af den hvide dværg. Hvis det sorte hul har for meget masse, den vil være så stor, at den hvide dværg vil passere indeni, før tidevandsstyrkerne bliver stærke nok til at forstyrre den.

Mens et stort antal "stjernemasse" og "supermassive" sorte huller er blevet opdaget, Fragile siger, at der i øjeblikket er få beviser for deres mellemliggende massefætre.

"Det er vigtigt at vide, hvor mange mellemliggende sorte huller der findes, da dette vil hjælpe med at besvare spørgsmålet om, hvor supermassive sorte huller kommer fra, "siger Fragile." At finde mellemliggende sorte huller gennem tidevandsforstyrrelser ville være en enorm fremgang. "

Tidevandsforstyrrelser kan undertiden producere enorme elektromagnetiske udbrud og potentielt påviselige gravitationsbølgesignaler. Så langt, kun en halv snes opdagelser har vist underskrifterne ved en tidevandsforstyrrelse, og ingen af ​​dem ser ud til at være forstyrrelsen af ​​en hvid dværg. Alligevel, siger skrøbelig, disse begivenheder er et primært mål for mange nuværende og fremtidige missioner, herunder All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN), den mellemliggende Palomar forbigående fabrik, og Large Synoptic Survey Telescope (LSST).

Mens noget af materialet, der er revet fra det forstyrrede objekt, i sidste ende vil blive slugt ("accreted") af det sorte hul, en betydelig brøkdel vil blive kastet væk i det omgivende rum som ubundet affald. Dette affald kan i sidste ende blive assimileret i fremtidige generationer af stjerner og planeter, så dets kemiske sammensætning kan få vigtige konsekvenser. Atomforbrændingen, der finder sted under tidevandsforstyrrelsen af ​​en hvid dværgstjerne, forårsager betydelige ændringer i dens kemiske sammensætning, konvertering af det meste helium, kulstof, og ilt fra en typisk hvid dværg til elementer tættere på jern på det periodiske system.

Tidevandsforstyrrelser af hvide dværgstjerner ved mellemliggende sorte huller undersøges nu ved hjælp af computersimuleringer, siger skrøbelig. Et sådant sæt simuleringer har bekræftet, at atomafbrænding er et almindeligt resultat, med massekonverteringseffektiviteter op til 60 procent. Effektiviteten og de producerede elementer afhænger begge følsomt af, hvor tæt den hvide dværg kommer til det sorte hul, med mere fjerne fremgangsmåder, der fortrinsvis producerer calcium og tættere fremgangsmåder, der producerer jern. De simulerede forstyrrelser genererer også korte udbrud af gravitationsbølger, af en frekvens og amplitude, der kan påvises med fremtidige instrumenter. Fra nu af, disse er de tredimensionale simuleringer af tidevandsforstyrrelser i højeste opløsning.

Denne forskning vil være nyttig til at karakterisere fremtidige tidevandsforstyrrelser og sætte begrænsninger på forekomsten af ​​mellemliggende sorte huller.