Раскройте тайну приливных волнений

Сверхмассивные черные дыры возмущают или уничтожают близлежащие звезды, что приводит к событиям приливных возмущений (TDE). Наблюдения за поляризованным светом от TDE теперь выявили ключевые детали вовлеченных процессов.

Вселенная — жестокое место, поэтому жизнь звезды здесь может быть прервана. Это происходит, когда звезда оказывается в «плохом» районе, особенно рядом с массивным скоплением. Черная дыра.

Эти черные дыры, масса которых в миллионы или даже миллиарды раз превышает массу нашего Солнца, обычно находятся в центрах спокойных галактик. Когда звезда удаляется от черной дыры, она испытывает восходящее гравитационное притяжение сверхмассивной черной дыры, которое в конечном итоге преодолевает силы, удерживающие звезду в целости. Это приводит к разрушению или разрушению звезды — событию, известному как событие приливного разрушения (TDE).

«После разрыва звезды ее газ образует аккреционный диск вокруг черной дыры. Яркие вспышки диска можно наблюдать практически на всех длинах волн, особенно с помощью телескопов и спутников, которые обнаруживают рентгеновское излучение», — говорит исследователь с докторской степенью Яннис Людакис из Университета Турку и Финского центра астрономии. ЕСО (Винка).

До недавнего времени лишь немногие исследователи знали о TDE, так как было не так много экспериментов, способных его обнаружить. Однако в последние годы ученые разработали инструменты для мониторинга большего количества TDE. Интересно, но, возможно, не удивительно, что эти наблюдения привели к новым загадкам, которые в настоящее время изучают исследователи.

«Наблюдения в ходе крупномасштабных экспериментов с оптическими телескопами показали, что большое количество TDE не производят рентгеновское излучение, хотя вспышки видимого света могут быть четко обнаружены. Это открытие противоречит нашему базовому пониманию эволюции звездной материи, нарушенной в TDE», — отмечает Лиодакис.

В случае приливного разрушения звезда приближается к сверхмассивной черной дыре настолько близко, что гравитационное притяжение черной дыры изгибает звезду до тех пор, пока она не разрушится (Изображение 1). Межзвездное вещество разрушенной звезды образует эллиптический поток вокруг черной дыры (изображение 2). Приливные толчки формируются вокруг черной дыры, когда газ сталкивается с собой на обратном пути после обращения вокруг черной дыры (изображение 3). Приливные толчки создают яркие вспышки поляризованного света, наблюдаемого в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах. Со временем газ разрушенной звезды образует аккреционный диск вокруг черной дыры (изображение 4), медленно втягиваясь в черную дыру. Примечание. Размер изображения не является точным. Кредит: Дженни Гурманинен

Исследование, опубликованное в журнале наук Международная группа астрономов во главе с Финским астрономическим центром совместно с ESO предполагает, что поляризованный свет, исходящий от TDE, может быть ключом к решению этой загадки.

Вместо формирования яркого рентгеновского аккреционного диска вокруг черной дыры всплеск оптического и ультрафиолетового света, обнаруженный во многих TDE, мог быть вызван приливными толчками. Эти толчки формируются вдали от черной дыры, поскольку газ от разрушенной звезды сталкивается с собой на обратном пути после обращения вокруг черной дыры. Яркий рентгеновский аккреционный диск должен был сформироваться позже в этих событиях.

«Поляризация света может предоставить уникальную информацию о фундаментальных процессах в астрофизических системах. Поляризованный свет, который мы измерили с помощью TDE, можно объяснить только этими приливными толчками», — говорит Лиудакис, ведущий автор исследования.

Поляризованный свет помог исследователям понять разрушение звезд

В конце 2020 года команда получила общественное предупреждение со спутника Gaia о кратковременном ядерном событии в соседней галактике, обозначенной как AT 2020mot. Затем исследователи наблюдали AT 2020mot в широком диапазоне длин волн, включая наблюдения оптической поляризации и спектроскопии, проведенные на Скандинавском оптическом телескопе (NOT), принадлежащем Университету Турку. Наблюдения, сделанные в NOT, особенно помогли сделать это открытие возможным. Кроме того, наблюдения поляризации проводились в рамках курса наблюдательной астрономии для старшеклассников.

«Скандинавский оптический телескоп и поляриметр, которые мы используем в исследовании, сыграли важную роль в наших усилиях по пониманию сверхмассивных черных дыр и их окружения», — говорит докторант Дженни Йорманинен из FINCA и Университета Турку, которая руководила наблюдениями и анализом поляризации с NOT.

Исследователи обнаружили, что оптический свет, исходящий от AT 2020mot, был сильно поляризован и менялся со временем. Несмотря на многочисленные попытки, ни радио, ни рентгеновские телескопы не смогли обнаружить излучение от этого события до, во время или даже через несколько месяцев после пика извержения.

«Когда мы увидели, насколько поляризован AT2020mot, мы сразу подумали о джете, испускаемом из черной дыры, как мы часто наблюдаем вокруг сверхмассивных черных дыр, аккумулирующих окружающий газ. Однако джета обнаружено не было», — говорит Елена Линдфорс, научный сотрудник Университета Турку и Фенка.

Команда астрономов поняла, что данные точно соответствуют сценарию, в котором поток межзвездного газа сталкивается сам с собой и образует выпуклости вблизи центра и перед своей орбитой вокруг черной дыры. Затем удары усиливают магнитное поле и объединяют его в звездный поток, что естественным образом приводит к сильно поляризованному свету. Уровень оптической поляризации был слишком высок, чтобы его можно было объяснить большинством моделей, а тот факт, что он менялся со временем, делал его еще более сложным.

«Все модели, которые мы рассматривали, не могли объяснить наблюдения, за исключением модели приливного удара», — отмечает Кари Коллионен, который был астрономом в FINCA во время наблюдений, а сейчас работает в Норвежском университете науки и технологий (NTNU).

Исследователи продолжат следить за поляризованным светом, исходящим от TDE, и вскоре могут узнать больше о том, что происходит после падения звезды.

Ссылка: «Оптическая поляризация от ударного столкновения звездного потока при приливном возмущении» И.А. Леодакис, К.И. Колйонен, Д. Блинов, Э. Линдфорс, К.Д. Александер, Т. Ховатта, М. Бертон, А. Хайела, Дж. Йорманайнен, К. Курумпатзакис, Н. Мандаракас и К.
DOI: 10.1126/science.abj9570