Bir grup fizikçi, bir yıldızın süper kütleli bir kara deliğin etrafındaki beklenmedik yörüngesinin grafiğini çizen bir model geliştirerek, kozmosun en uç noktalarından biri hakkında yeni bilgiler ortaya çıkardı
Milyonlarca ışıkyılı uzaklıkta, uzak bir galakside, bir yıldız, süper kütleli bir kara deliğin muazzam çekim gücüyle parçalanıyor. Yıldızın yok edilmesi, kara deliğin üzerine geri düşen ve kara deliğin etrafında dönen parlak ve sıcak bir malzeme diski olan bir birikim diski oluşturan bir moloz akışıyla sonuçlanır.
Bir yıldızın oluşum süreci süper kütleli bir kara delik tarafından yok edilen ve parlak bir birikim parlamasını körükleyen olay, gelgit bozulma olayı (TDE) olarak bilinir. Bu olayların herhangi bir galakside yaklaşık olarak her 10.000 ila 100.000 yılda bir meydana geldiğine inanılıyor.
Kısa süreler için (aylar ila yıllar) tüm galaksileri aşan parlaklıklarla (yani, Güneşimizden milyarlarca kat daha parlak) , yığılma olayları, astrofizikçilerin süper kütleli kara delikleri (SMBH’ler) kozmolojik mesafelerden incelemesine olanak tanıyarak, başka türlü hareketsiz – veya hareketsiz – galaksilerin merkezi bölgelerine bir pencere sağlar. TDE’ler, Einstein’ın genel görelilik kuramının maddenin nasıl davrandığını belirlemede kritik öneme sahip olduğu bu “güçlü yerçekimi” olaylarını araştırarak, evrendeki en aşırı ortamlardan biri hakkında bilgi verir: bir evrenin olay ufku – geri dönüşü olmayan nokta -. kara delik.
TDE’ler genellikle “bir kez yapılır” çünkü SMBH’nin aşırı yerçekimi alanı yıldızı yok eder, bu da SMBH’nin toplanma parlamasının ardından tekrar karanlığa dönüştüğü anlamına gelir. Bununla birlikte, bazı durumlarda, yıldızın yüksek yoğunluklu çekirdeği, SMBH ile yerçekimi etkileşiminden sağ çıkarak kara deliğin yörüngesinde birden fazla kez dönmesine izin verebilir. Araştırmacılar buna yinelenen kısmi TDE diyor.
Baş yazar Thomas Wevers, Avrupa Güney Gözlemevi Üyesi ve yardımcı yazarlar Eric Coughlin, Syracuse Üniversitesi’nde fizik profesörü ve Dheeraj R. MIT’nin Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nde araştırma bilimcisi olan “DJ” Pasham, tekrar eden kısmi TDE için bir model önerdi.
Astrophysical Journal Letters’da yayınlanan bulguları, yıldızın, bir SMBH, yıldız kara deliğe her yaklaştığında malzemenin sıyrılması ve malzemenin sıyrılması ile kara deliği tekrar beslemesi arasındaki gecikme. Ekibin çalışması, gözlemleri açıklamak, uzak bir galaksideki bir yıldızın yörüngesel özellikleri hakkında tahminler yapmak ve kısmi gelgit bozulma sürecini anlamak için tekrar eden kısmi TDE’nin ayrıntılı bir modelini geliştiren ve kullanan ilk çalışmadır.
{6 }Ekip, AT2018fyk olarak bilinen bir TDE’yi inceliyor (AT, “Geçici Astrofiziksel” anlamına gelir). Yıldız, bir SMBH tarafından, “Tepelerin yakalanması” olarak bilinen bir değişim süreciyle yakalandı; burada yıldız, başlangıçta bir ikili sistemin (karşılıklı yerçekimsel çekimleri altında birbirinin yörüngesinde dönen iki yıldız) parçasıydı ve yerçekimi alanı tarafından parçalandı. Kara delik. Diğer (yakalanmamış) yıldız, hiper hızlı yıldız olarak bilinen ~ 1000 km/s ile karşılaştırılabilir hızlarda galaksinin merkezinden fırladı.
Yıldız, SMBH’ye bağlandıktan sonra, galaksiye güç veren AT2018fyk’den gelen emisyon, kara deliğe en yakın yaklaşma noktasından her geçişinde dış kabuğundan defalarca sıyrıldı. Yıldızın sıyrılmış dış katmanları, araştırmacıların uzak galaksilerden gelen ışığı gözlemleyen X-Işını ve Ultraviyole/Optik teleskopları kullanarak inceleyebilecekleri parlak toplanma diskini oluşturur.
Açıklayıcı animasyon kısmi bir gelgit kesintisi olayı – bir kara deliğin bir yıldızı tekrar tekrar yok ettiği yer.(2022)
Wevers’e göre, kısmi bir TDE’yi inceleme fırsatına sahip olmak, süper kütleli kara deliklerin varlığı ve galaksilerin merkezlerindeki yıldızların yörünge dinamikleri hakkında benzeri görülmemiş bir fikir veriyor.
“ Şimdiye kadar, bir yıldız ile süper kütleli bir kara delik arasındaki yakın karşılaşmanın sonuçlarını gördüğümüzde, sonucun yıldız için ölümcül olacağı, yani yıldızın tamamen yok olacağı varsayımı vardı” diyor. “Ancak bildiğimiz tüm diğer TDE’lerin aksine, birkaç yıl sonra teleskoplarımızı tekrar aynı yere çevirdiğimizde, yeniden parladığını gördük. Bu, yıldızın bir kısmının ölümcül olmak yerine ilk karşılaşmadan sağ çıktığını ve yeniden parıldama aşamasını açıklayarak bir kez daha malzemeden sıyrılmak üzere aynı konuma geri döndüğünü önermemize yol açtı.”
İlk olarak tespit edildi 2018, AT2018fyk başlangıçta sıradan bir TDE olarak algılanıyordu. MIT fizikçisi Dheeraj R. Pasham’a göre, kaynak yaklaşık 600 gün boyunca X-ışınında parlak kaldı, ancak daha sonra aniden karardı ve yıldız kalıntısı çekirdeğinin kara deliğe dönmesinin bir sonucu olarak tespit edilemez hale geldi.
Pasham, “Çekirdek kara deliğe geri döndüğünde, esasen yerçekimi yoluyla kara delikten tüm gazı çalar ve sonuç olarak, toplanacak hiçbir madde kalmaz ve bu nedenle sistem kararır,” diyor Pasham.
AT2018fyk’nin parlaklığında ani düşüşe neyin sebep olduğu hemen anlaşılamadı, çünkü TDE’ler emisyonlarında normalde -aniden değil- sorunsuz ve kademeli olarak bozuluyor. Ancak düşüşten yaklaşık 600 gün sonra, kaynağın yine X-ışını parlaklığı olduğu bulundu. Bu, araştırmacıları, yıldızın ilk kez SMBH ile yakın karşılaşmasından sağ kurtulduğunu ve kara deliğin etrafında yörüngede döndüğünü önermeye yöneltti.
Ekibin ayrıntılı modellemeyi kullanan bulguları, yıldızın yörünge periyodunun yaklaşık kara delik kabaca 1.200 gündür ve yıldızdan dökülen malzemenin kara deliğe geri dönüp birikmeye başlaması yaklaşık 600 gün sürer. Modelleri ayrıca yakalanan yıldızın boyutunu da kısıtladı, ki bunun güneş büyüklüğünde olduğuna inanıyorlar. Ekip, orijinal ikili sisteme gelince, iki yıldızın kara delik tarafından parçalanmadan önce birbirine son derece yakın olduğuna ve muhtemelen birkaç günde bir birbirlerinin yörüngesinde döndüklerine inanıyor.
Öyleyse, bir yıldız onunla fırçasından nasıl kurtulabilir? ölüm? Her şey bir yakınlık ve yörünge meselesine bağlı. Yıldız kara delikle kafa kafaya çarpışır ve olay ufkunu (kara delikten kaçmak için gereken hızın ışık hızını geçtiği eşik) geçerse, yıldız kara delik tarafından tüketilir. Yıldız kara deliğin çok yakınından geçer ve “gelgit yarıçapı” denen -deliğin gelgit kuvvetinin yıldızı bir arada tutan kütleçekim kuvvetinden daha güçlü olduğu yer- geçerse, yıldız yok olur. Önerdikleri modelde, yıldızın yörüngesi, gelgit yarıçapının hemen dışında olan, ancak onu tamamen kesmeyen en yakın yaklaşma noktasına ulaşır: yıldız yüzeyindeki malzemenin bir kısmı kara delik tarafından sıyrılır, ancak merkezindeki malzeme bozulmadan kalır.
Yıldızın SMBH’nin yörüngesinde dönmesi sürecinin tekrarlanan birçok pasajda nasıl gerçekleşip gerçekleşmeyeceği, ekibin gelecekteki simülasyonlarla araştırmayı planladığı teorik bir sorudur. Syracuse fizikçisi Eric Coughlin, yıldızın kütlesinin %1 ila %10’unun kara delikten her geçişinde kaybolduğunu tahmin ettiklerini açıklıyor; bu geniş aralık, TDE’den gelen emisyonun modellenmesindeki belirsizlik nedeniyle.
Coughlin, “Kütle kaybı yalnızca %1 düzeyindeyse, yıldızın daha birçok karşılaşmada hayatta kalmasını bekleriz, oysa %10’a yakınsa yıldız çoktan yok olmuş olabilir” diyor Coughlin.
{ 2}Ekip, tahminlerini test etmek için önümüzdeki yıllarda gözlerini gökyüzünden ayırmayacak. Modellerine dayanarak, kaynağın Ağustos 2023 civarında aniden kaybolacağını ve 2025’te yeni sıyrılan malzeme kara deliğin üzerine biriktiğinde yeniden aydınlanacağını tahmin ediyorlar.
Ekip, çalışmalarının izleme için yeni bir yol sunduğunu söylüyor ve geçmişte tespit edilen takip kaynaklarının izlenmesi. Çalışma aynı zamanda, dış galaksilerin merkezlerinden tekrarlanan parlamaların kaynağı için yeni bir paradigma öneriyor.
“Gelecekte, büyük ihtimalle daha fazla sistem, özellikle şu anda, geç zamanlardaki parlamalar için kontrol edilecek. proje, yıldızın dinamik bir değişim süreci ve ardından gelen tekrarlanan kısmi gelgit bozulması yoluyla yakalanmasının teorik bir resmini ortaya koyuyor” diyor Coughlin. “Bu modelin, uzaktaki süper kütleli kara deliklerin özelliklerini anlamak ve belirli bir kütle aralığındaki kara deliklerin sayısı olan “demografik özellikleri” hakkında bir anlayış kazanmak için kullanılabileceğini umuyoruz, aksi takdirde doğrudan elde edilmesi zordur.”
Ekip, modelin ayrıca gelgit bozulma süreci hakkında birkaç test edilebilir tahminde bulunduğunu ve AT2018fyk gibi daha fazla sistem gözlemiyle, kısmi gelgit bozulma olaylarının fiziği ve süper kütleli siyahın etrafındaki aşırı ortamlar hakkında fikir vermesi gerektiğini söylüyor. delikler.
“Bu çalışma, dış galaksilerdeki süper kütleli kara deliklerin bir sonraki atıştırma zamanlarını potansiyel olarak tahmin etmeye yönelik metodolojiyi özetliyor” diyor Pasham.Wevers, E. R. Coughlin, D. R. Pasham, M. Guolo, Y. Sun, S. Wen, P. G. Jonker, A. Zabludoff, A. Malyali, R. Arcodia, Z. Liu, A. Merloni, A. Rau, I. Grotova , P. Short ve Z. Cao, 12 Ocak 2023, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac9f36
.