Supermasivní černé díry ruší nebo ničí blízké hvězdy, což vede k přílivovým poruchám (TDE). Pozorování polarizovaného světla z TDE nyní odhalilo klíčové detaily o příslušných procesech.
Vesmír je násilné místo, takže život hvězdy zde může být zkrácen. K tomu dochází, když se hvězda ocitne ve „špatném“ sousedství, konkrétně v blízkosti masivní hvězdokupy Černá díra.
Tyto černé díry, které se mohou pochlubit hmotností milionkrát nebo dokonce miliardkrát větší než naše Slunce, se obvykle nacházejí v centrech tichých galaxií. Když se hvězda vzdaluje od černé díry, zažívá vzestupnou gravitační sílu ze supermasivní černé díry, která nakonec překoná síly, které udržují hvězdu neporušenou. To má za následek narušení nebo zničení hvězdy, což je událost známá jako událost narušení slapu (TDE).
„Po roztržení hvězdy vytvoří její plyn kolem černé díry akreční disk. Jasné záblesky z disku lze pozorovat téměř na všech vlnových délkách, zejména pomocí dalekohledů a satelitů, které detekují rentgenové záření,“ říká postdoktorand Yannis Lioudakis z University of Turku a Finského centra pro astronomii. ESO (vinca).
Až donedávna vědělo o TDE jen několik výzkumníků, protože nebylo mnoho experimentů, které by jej dokázaly detekovat. V posledních letech však vědci vyvinuli nástroje pro sledování většího množství TDE. Je zajímavé, ale možná ne překvapivé, že tato pozorování vedla k novým záhadám, které výzkumníci v současnosti zkoumají.
„Pozorování z rozsáhlých experimentů s optickými teleskopy odhalila, že velké množství TDE neprodukuje rentgenové záření, i když lze jasně detekovat záblesky viditelného světla. Toto zjištění je v rozporu s naším základním chápáním vývoje hvězdné hmoty narušené v TDE,“ poznamenává Liodakis.
Při narušení slapu se hvězda pohybuje dostatečně blízko k supermasivní černé díře, takže gravitační síla černé díry ohýbá hvězdu, dokud není zničena (obrázek 1). Mezihvězdná hmota ze zničené hvězdy tvoří kolem černé díry eliptický proud (obrázek 2). Kolem černé díry se tvoří slapové rázy, když plyn narazí sám na sebe na své cestě zpět po oběhu černé díry (obrázek 3). Slapové rázy vytvářejí jasné záblesky polarizovaného světla pozorovatelné na optických a ultrafialových vlnových délkách. V průběhu času plyn ze zničené hvězdy vytváří kolem černé díry akreční disk (obrázek 4), jak je pomalu vtahován do černé díry. Poznámka: Velikost obrázku není přesná. Kredit: Jenny Gurmaninen
Studie zveřejněná v časopise vědy Mezinárodní tým astronomů vedený finským střediskem pro astronomii s ESO naznačuje, že polarizované světlo přicházející z TDE může být klíčem k vyřešení této hádanky.
Namísto vytvoření jasného rentgenového akrečního disku kolem černé díry by výron pozorovaný v optickém a ultrafialovém světle detekovaný v mnoha TDE mohl pocházet ze slapových rázů. Tyto výboje vznikají daleko od černé díry, když na sebe narazí plyn ze zničené hvězdy na cestě zpět po oběhu černé díry. Jasný rentgenový akreční disk se vytvoří později během těchto událostí.
„Polarizace světla může poskytnout jedinečné informace o základních procesech v astrofyzikálních systémech. Polarizované světlo, které jsme naměřili z TDE, lze vysvětlit pouze těmito slapovými rázy,“ říká Lioudakis, hlavní autor studie.
Polarizované světlo pomohlo vědcům porozumět ničení hvězd
Tým obdržel na konci roku 2020 veřejné varování od satelitu Gaia o přechodné jaderné události v blízké galaxii označené jako AT 2020mot. Vědci poté pozorovali AT 2020mot v širokém rozsahu vlnových délek včetně pozorování optické polarizace a spektroskopie provedených na Scandinavian Optical Telescope (NOT), vlastněném University of Turku. Pozorování provedená na NOT byla zvláště užitečná při uskutečnění tohoto objevu. Kromě toho byla pozorování polarizace prováděna v rámci pozorovacího kurzu astronomie pro středoškoláky.
„Skandinávský optický dalekohled a polarimetr, který používáme ve studii, nám pomohly porozumět supermasivním černým dírám a jejich prostředí,“ říká doktorandka Jenny Jormaninenová z FINCA a University of Turku, která vedla pozorování a analýzu polarizace s NOT.
Vědci zjistili, že optické světlo přicházející z AT 2020mot bylo vysoce polarizované a v průběhu času se měnilo. Navzdory mnoha pokusům nebyly ani rádiové ani rentgenové dalekohledy schopny detekovat záření z události před, během nebo dokonce měsíce po vrcholu erupce.
„Když jsme viděli, jak polarizovaný byl AT2020mot, okamžitě nás napadlo výtrysk vystřelující z černé díry, jak často pozorujeme kolem supermasivních černých děr, které hromadí okolní plyn. Žádný výtrysk však nebyl nalezen,“ říká Elena Lindfors, akademická výzkumná pracovnice z University of Turku a Fenca.
Tým astronomů si uvědomil, že data přesně odpovídají scénáři, kdy se proud mezihvězdného plynu srazí sám se sebou a vytvoří hrboly poblíž středu a přední části své oběžné dráhy kolem černé díry. Výboje pak zesílí magnetické pole a uspořádají je do hvězdného proudu, který přirozeně vyústí ve vysoce polarizované světlo. Úroveň optické polarizace byla příliš vysoká na to, aby ji většina modelů vysvětlila, a skutečnost, že se v průběhu času měnila, ji ještě ztížila.
„Všechny modely, na které jsme se dívali, nedokázaly vysvětlit pozorování, kromě modelu slapového šoku,“ poznamenává Kari Kollionen, který byl v době pozorování astronomem ve FINCA a nyní pracuje na Norské univerzitě vědy a technologie (NTNU).
Vědci budou nadále sledovat polarizované světlo přicházející z TDE a mohou brzy objevit více o tom, co se stane po pádu hvězdy.
Reference: „Optická polarizace z nárazové srážky hvězdného proudu při přílivové rušivé události“ od I.A. Leodakis, KII Koljonen, D. Blinov, E. Lindfors, KD Alexander, T. Hovatta, M. Berton, A. Hajela, J. Jormanainen, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas a K.
DOI: 10.1126/science.abj9570
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
