Melnie caurumi, kas iepriekš bija nenotverami un neredzami, ir atklāti, novērojot plūdmaiņu traucējumu notikumus (TDE), kur zvaigznes tiek vardarbīgi iznīcinātas, radot gaismas uzliesmojumus, kurus var novērot lielos attālumos.
Gaismas avota dramatiskā aptumšošanās apstiprina tā atrašanās vietu aptuveni 860 miljonu gaismas gadu attālumā no Zemes precizitāte No detalizēta modeļa, ko izstrādājusi astrofiziķu komanda no Sirakūzu universitātes, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtsun Kosmosa teleskopa zinātnes institūts.
Izpratne par melnajiem caurumiem, izmantojot TDE
Jaudīgi teleskopi piem NASAHabla, Džeimsa Veba un Čandras rentgenstaru observatorijas nodrošina zinātniekiem logu dziļā kosmosā, lai izpētītu melno caurumu fiziku. Lai gan varētu rasties jautājums, kā jūs varat “redzēt” melno caurumu, Melnais caurumsZvaigznes, kas absorbē visu gaismu, ir iespējamas plūdmaiņu traucējumu (TDE) dēļ — kad zvaigzni iznīcina supermasīvs melnais caurums, un tas var veicināt “gaismas uzliesmojumu”. Tā kā to spožums ir tūkstošiem miljardu reižu spožāks nekā Saule, akrecijas notikumi ļauj astrofiziķiem pētīt supermasīvos melnos caurumus (SMBH) kosmiskos attālumos.
TDE rodas, kad zvaigzni vardarbīgi saplēš melnā cauruma masīvais gravitācijas lauks. Zvaigznei plīst, tās atliekas pārvēršas gružu plūsmā, kas nokrīt atpakaļ uz melno caurumu, veidojot ārkārtīgi karstu, spilgtu materiāla disku, kas riņķo ap melno caurumu, ko sauc par akrecijas disku. Zinātnieki var pētīt šo parādību, lai veiktu tiešus TDE novērojumus un salīdzinātu tos ar teorētiskajiem modeļiem, lai saistītu novērojumus ar saplēstu zvaigžņu un saplēstu melno caurumu fiziskajām īpašībām.
Inovācijas melno caurumu izpētē
Fiziķu komanda no Sirakjūsas Universitātes (MIT) un Kosmosa teleskopa zinātnes institūta izmantoja detalizētu modelēšanu, lai prognozētu AT2018fyk, kas ir atkārtots daļējs TDE, spožumu un aptumšošanu, kas nozīmē, ka zvaigznes augsta blīvuma kodols izvairījās no gravitācijas mijiedarbības ar SMBH, ļaujot tai riņķo ap melno caurumu un plosās vairāk nekā vienu reizi.
Modelis paredzēja, ka AT2018fyk “aptumšosies” 2023. gada augustā, un šī prognoze tika apstiprināta, kad avots pazuda pagājušajā vasarā, sniedzot pierādījumus tam, ka viņu modelis piedāvā jaunu veidu, kā izpētīt melno caurumu fiziku. Viņu rezultāti tika publicēti žurnālā Nature. uz Astrofizikas žurnālu vēstules.
Augsts enerģijas avots
Pateicoties neticami detalizētajiem galaktikas apsekojumiem, zinātnieki novēro vairāk gaismas avotu, kas nāk un aiziet, nekā jebkad agrāk. Aptaujas skenē veselas puslodes, meklējot pēkšņu avotu izgaismošanos vai aptumšošanu, kas liecina pētniekiem, ka kaut kas ir mainījies. Atšķirībā no teleskopa jūsu viesistabā, kas var fokusēt tikai redzamo gaismu, teleskopi, piemēram, Chandra, var noteikt gaismas avotus tā dēvētajā rentgenstaru spektrā, ko izstaro miljoniem grādu karsta viela.
Gan redzamā gaisma, gan rentgena starojums ir elektromagnētiskā starojuma veidi, taču rentgena stariem ir īsāki viļņu garumi un lielāka enerģija. Līdzīgi kā jūsu plīts kļūst “sarkana karsta” pēc tās ieslēgšanas, gāze, kas veido disku, “spīd” dažādās temperatūrās, un karstākais materiāls atrodas vistuvāk melnajam caurumam. Tomēr tā vietā, lai izstarotu savu enerģiju optiskajos viļņu garumos, kas redzami ar aci, karstākā gāze akrecijas diskā izstaro rentgena spektru. Tie ir tie paši rentgena stari, ko ārsti izmanto, lai attēlotu jūsu kaulus, kas var iziet cauri mīkstajiem audiem, un šīs relatīvās caurspīdīguma dēļ NASA rentgena teleskopu izmantotie detektori ir īpaši izstrādāti, lai noteiktu šo augstas enerģijas starojumu.
Atkārtots izpildījums
2023. gada janvārī fiziķu komanda, tostarp Ēriks Koflins, Sirakūzu universitātes Fizikas katedras profesors, un Dheeraj R. “Dž. Bašams, MIT pētnieks, un Tomass Veverss, Kosmosa teleskopa zinātnes institūta līdzstrādnieks, rakstīja rakstu Astrofizikas žurnālu vēstules Šī komanda ierosināja detalizētu modeli daļējai TDE atkārtošanai. Viņu rezultāti bija pirmie, kas kartēja zvaigznes atgriešanās orbītu ap supermasīvu melno caurumu, atklājot jaunu informāciju par vienu no ekstrēmākajām vidēm Visumā.
Komanda balstīja savu pētījumu uz TDE fenomenu, kas pazīstams kā AT2018fyk (AT apzīmē “pārejošas astrofiziskas parādības”), kur tika ierosināts, ka zvaigzne tika notverta ar supermasīvu melno caurumu, izmantojot apmaiņas procesu, kas pazīstams kā “kores uztveršana”. Sākotnēji viena no abām zvaigznēm bija daļa no binārās sistēmas (divas zvaigznes riņķo viena ap otru, iedarbojoties uz savstarpējo gravitāciju), un tika pieņemts, ka vienu zvaigzni notvēra melnā cauruma gravitācijas lauks, bet otru (neuztverto) zvaigzni izmeta no. galaktikas centrs ar ātrumu, kas līdzīgs ~ 1000 km/s.
Kad zvaigzne ir piesaistīta supermasīvajam melnajam caurumam, zvaigzne, kas veicina emisiju no AT2018fyk, tiek atkārtoti noņemta no ārējā apvalka katru reizi, kad tā šķērso savu tuvāko pieeju melnajam caurumam. Zvaigznes notīrītie ārējie slāņi veido spožo akrecijas disku, ko pētnieki var pētīt, izmantojot rentgenstaru un ultravioleto/optisko teleskopu, kas uzrauga gaismu no tālu galaktikām.
Lai gan TDE parasti ir “vienreizējs”, jo supermasīvā melnā cauruma intensīvais gravitācijas lauks iznīcina zvaigzni, kas nozīmē, ka supermasīvais melnais caurums atkal izgaist tumsā pēc uzliesmojuma, AT2018fyk piedāvāja unikālu iespēju izpētīt atkārtotu daļēju TDE.
Pētniecības komanda izmantoja trīs teleskopus, lai veiktu sākotnējos un turpmākos atklājumus: SWIFT un Chandra, kurus pārvalda NASA, un XMM-Newton, Eiropas misiju. AT2018fyk, kas pirmo reizi tika pamanīts 2018. gadā, atrodas aptuveni 860 miljonu gaismas gadu attālumā, kas nozīmē, ka gaismas ceļošanai nepieciešamais laiks ir noticis “reālajā laikā” pirms aptuveni 860 miljoniem gadu.
Komanda izmantoja detalizētus modeļus, lai prognozētu, ka gaismas avots pēkšņi pazudīs aptuveni 2023. gada augustā un pēc tam atkal kļūs gaišāks, kad 2025. gadā melnajā caurumā uzkrājas tikko notīrīta viela.
Nākotnes izpēte: cerības un sekas
Apstiprinot sava modeļa precizitāti, komanda ziņoja par rentgenstaru plūsmas samazināšanos divu mēnešu laikā, sākot no 2023. gada 14. augusta. Šīs pēkšņās izmaiņas var interpretēt kā otro emisijas izslēgšanu.
“Novērotās emisijas slēgšana parāda, ka mūsu modelis un pieņēmumi ir dzīvotspējīgi, un norāda, ka mēs patiešām redzam zvaigzni, ko lēnām aprij tāls, ārkārtīgi masīvs melnais caurums,” saka Koflins. “Pagājušā gada rakstā mēs izmantojām ierobežojumus, kas saistīti ar sākotnējo uzliesmojumu, izbalēšanu un atkārtotu spilgtumu, lai prognozētu, ka AT2018fyk 2023. gada augustā būs pēkšņa un strauja izbalēšana. ja Zvaigzne izdzīvoja otrajā tikšanās reizē, kas izraisīja otro uzliesmojumu.
Fakts, ka sistēma parādīja šo paredzamo slēgšanu, norāda uz vairākām atšķirībām starp zvaigzni un melno caurumu:
- Zvaigzne izdzīvoja savu otro tikšanos ar melno caurumu;
- Attīrīto gružu atgriešanās ātrums melnajā caurumā ir cieši saistīts ar AT2018fyk spilgtumu;
- Zvaigznes orbitālais periods ap melno caurumu ir aptuveni 1300 dienas jeb aptuveni 3,5 gadi.
Otrais nogrieznis norāda, ka no 2025. gada maija līdz augustam ir jānotiek citai atdzīvināšanai, un, ja zvaigzne izdzīvos otrajā tikšanās reizē, paredzams, ka trešā robeža notiks no 2027. gada janvāra līdz jūlijam.
Runājot par to, vai 2025. gadā mēs varam paļauties uz atjaunošanos, Koflins saka, ka otrā griezuma atklāšana nozīmē, ka pēdējā laikā zvaigzne ir zaudējusi lielāku masu, kurai jāatgriežas melnajā caurumā, lai iegūtu trešo spilgtumu.
“Vienīgā nenoteiktība ir emisijas maksimums,” viņš saka, “otrais atspīdošais maksimums bija daudz vājāks nekā pirmais, un žēl, ka trešais pārrāvums varēja būt vājāks no šī trešā uzliesmojuma.”
Coughlin norāda, ka šis modelis ir aizraujošs jauns veids, kā izpētīt ārkārtīgi retu daļēju TDE biežumu, kas, domājams, notiek reizi miljons gadu noteiktā galaktikā. Viņš saka, ka līdz šim zinātnieki ir saskārušies tikai ar četrām vai piecām sistēmām, kas demonstrē šādu uzvedību.
“Pastāvot uzlabotai noteikšanas tehnoloģijai, kas nosaka biežākas daļējas TDE, mēs sagaidām, ka šis modelis būs būtisks rīks zinātniekiem šo atklājumu identificēšanā,” viņš saka.
Atsauce: “Iespējama otrā AT2018fyk izslēgšana: atjaunināts izdzīvojušās zvaigznes orbitālais kalendārs saskaņā ar atkārtotu daļēju plūdmaiņu traucējumu modeli”, autors Dheeraj Basham, E.R. Coughlin un M. Gullo un T. Vēvers, K.Dž. Niksons un Džeisons T. Hinkls un A. Bandopadjaja, 2024. gada 14. augusts, Astrofizikas žurnālu vēstules.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad57b3
