infos.ro

Găurile negre supermasive devorează gaz la fel ca omologii lor mici | Știri MIT

Jennifer Chu | MIT News Office,news.mit.edu

Pe 9 septembrie 2018, astronomii au observat un fulger dintr-o galaxie aflată la 860 de milioane de ani lumină distanță. Sursa a fost o gaură neagră supermasivă de aproximativ 50 de milioane de ori masa Soarelui. În mod normal liniștit, gigantul gravitațional s-a trezit brusc pentru a devora o stea care trecea într-un caz rar cunoscut sub numele de eveniment de perturbare a mareelor. Pe măsură ce resturile stelare au căzut spre gaura neagră, au eliberat o cantitate enormă de energie sub formă de lumină.

Cercetătorii de la MIT, Observatorul European de Sud și din alte părți au folosit mai multe telescoape pentru a urmări evenimentul, etichetat AT2018fyk. Spre surprinderea lor, ei au observat că, pe măsură ce gaura neagră supermasivă a consumat steaua, aceasta a prezentat proprietăți similare cu cele ale găurilor negre cu masă stelară mult mai mici.

Rezultatele, publicate astăzi în Jurnalul de astrofizicăsugerează că acreția, sau modul în care găurile negre evoluează pe măsură ce consumă material, este independent de dimensiunea lor.

„Am demonstrat că, dacă ați văzut o gaură neagră, le-ați văzut pe toate, într-un fel”, spune autorul studiului Dheeraj „DJ” Pasham, cercetător la Institutul Kavli pentru Astrofizică și Cercetare Spațială al MIT. „Când arunci o minge de gaz în ei, toți par să facă mai mult sau mai puțin același lucru. Sunt aceeași fiară în ceea ce privește creșterea lor.”

Co-autorii lui Pasham includ cercetătorul principal Ronald Remillard și fostul student absolvent Anirudh Chiti la MIT, alături de cercetători de la Observatorul European de Sud, Universitatea Cambridge, Universitatea Leiden, Universitatea New York, Universitatea din Maryland, Universitatea Curtin, Universitatea din Amsterdam. , și Centrul de zbor spațial Goddard NASA.

O trezire stelară

Când mici găuri negre cu masă stelară cu o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât soarele nostru emit o explozie de lumină, aceasta este adesea ca răspuns la un aflux de material de la o stea însoțitoare. Această explozie de radiații declanșează o evoluție specifică a regiunii din jurul găurii negre. Din repaus, o gaură neagră trece într-o fază „moale”, dominată de un disc de acreție, pe măsură ce materialul stelar este atras în gaura neagră. Pe măsură ce cantitatea de aflux de material scade, acesta trece din nou la o fază „dură” în care o coroană fierbinte preia controlul. Gaura neagră se instalează în cele din urmă într-o repaus constantă, iar acest întreg ciclu de acumulare poate dura de la câteva săptămâni până la luni.

Fizicienii au observat acest ciclu caracteristic de acreție în găuri negre cu masă stelară multiple timp de câteva decenii. Dar pentru găurile negre supermasive, s-a crezut că acest proces ar dura prea mult pentru a fi capturat în întregime, deoarece acești goliați sunt, în mod normal, păstori, hrănindu-se încet cu gaz în regiunile centrale ale unei galaxii.

„Acest proces are loc în mod normal la intervale de timp de mii de ani în găurile negre supermasive”, spune Pasham. „Oamenii nu pot aștepta atât de mult pentru a surprinde așa ceva.”

Dar întregul proces se accelerează atunci când o gaură neagră se confruntă cu un aflux brusc și uriaș de material, cum ar fi în timpul unui eveniment de perturbare a mareelor, când o stea se apropie suficient de mult încât o gaură neagră o poate smulge în bucăți.

„Într-un eveniment de perturbare a mareelor, totul este brusc”, spune Pasham. „Ai o bucată de gaz aruncată în tine, iar gaura neagră se trezește brusc și este de genul: „uh, e atât de multă mâncare – lasă-mă să mănânc, să mănânc, să mănânc până nu dispare”. Deci, experimentează totul într-un interval de timp scurt. Acest lucru ne permite să analizăm toate aceste etape diferite de acreție pe care oamenii le-au cunoscut în găurile negre cu masă stelară.”

Un ciclu supermasiv

În septembrie 2018, All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASASSN) a captat semnale de erupție bruscă. Oamenii de știință au stabilit ulterior că erupția a fost rezultatul unui eveniment de perturbare a mareelor ​​care a implicat o gaură neagră supermasivă, pe care au numit-o TDE AT2018fyk. Wevers, Pasham și colegii lor au sărit în alertă și au reușit să direcționeze mai multe telescoape, fiecare antrenat să cartografieze diferite benzi ale spectrului de ultraviolete și de raze X, către sistem.

Echipa a colectat date pe parcursul a doi ani, folosind telescoapele spațiale cu raze X XMM-Newton și Observatorul Chandra X-Ray, precum și NICER, instrumentul de monitorizare cu raze X de la bordul Stației Spațiale Internaționale și Observatorul Swift, împreună cu radiotelescoape din Australia.

„Am prins gaura neagră în stare moale, cu formarea unui disc de acreție, iar cea mai mare parte a emisiei în ultraviolete, cu foarte puține în raze X”, spune Pasham. „Apoi discul se prăbușește, corona devine mai puternică și acum este foarte strălucitoare în raze X. În cele din urmă, nu există prea mult gaz cu care să se hrănească, iar luminozitatea generală scade și revine la niveluri nedetectabile.”

Cercetătorii estimează că gaura neagră a perturbat o stea de dimensiunea soarelui nostru. În acest proces, a generat un disc enorm de acreție, cu o lățime de aproximativ 12 miliarde de kilometri și a emis gaz pe care ei l-au estimat la aproximativ 40.000 Kelvin, sau mai mult de 70.000 de grade Fahrenheit. Pe măsură ce discul a devenit mai slab și mai puțin strălucitor, o coroană de raze X compacte, de înaltă energie, a preluat faza dominantă în jurul găurii negre, înainte de a dispărea în cele din urmă.

„Oamenii au știut că acest ciclu se întâmplă în găurile negre cu masă stelară, care au doar aproximativ 10 mase solare. Acum vedem asta în ceva de 5 milioane de ori mai mare”, spune Pasham.

„Cea mai interesantă perspectivă pentru viitor este că astfel de evenimente de perturbare a mareelor ​​oferă o fereastră către formarea structurilor complexe foarte apropiate de gaura neagră supermasivă, cum ar fi discul de acreție și coroana”, spune autorul principal Thomas Wevers, coleg la Observatorul European de Sud. „Studiind modul în care aceste structuri se formează și interacționează în mediul extrem după distrugerea unei stele, putem să începem să înțelegem mai bine legile fizice fundamentale care guvernează existența lor.”

Pe lângă faptul că arată că găurile negre experimentează acumularea în același mod, indiferent de dimensiunea lor, rezultatele reprezintă doar a doua oară când oamenii de știință au surprins formarea unei coroane de la început până la sfârșit.

„O coroană este o entitate foarte misterioasă, iar în cazul găurilor negre supermasive, oamenii au studiat coroanele stabilite, dar nu știu când și cum s-au format”, spune Pasham. „Am demonstrat că puteți folosi evenimentele de întrerupere a mareelor ​​pentru a captura formarea coroanei. Sunt încântat să folosesc aceste evenimente în viitor pentru a-mi da seama ce este exact corona.”

Această cercetare a fost susținută parțial de guvernul australian prin schema de finanțare Discovery Projects a Consiliului Australian de Cercetare.

Sursa articol

You might also like