Astronomer ser 18 sorte huller, der sluger nærliggende stjerner

Astronomer ser 18 sorte huller, der sluger nærliggende stjerner

Tidsstempel: 29. januar 2024 12:04
Kildeknude: 3088799
29. januar 2024 (Nanowerk nyheder) Stjerneskærende sorte huller er overalt på himlen, hvis du bare ved, hvordan du leder efter dem. Det er en besked fra en ny undersøgelse foretaget af MIT-forskere, der vises i Astrophysical Journal ("En ny befolkning af mid-infrarød-udvalgte tidevandsafbrydelseshændelser: Implikationer for tidevandsafbrydelseshændelser og værtsgalakseegenskaber"). Undersøgelsens forfattere rapporterer opdagelsen af ​​18 nye tidevandsafbrydelseshændelser (TDE'er) - ekstreme tilfælde, hvor en nærliggende stjerne bliver trukket ind i et sort hul og revet i stykker. Mens det sorte hul fester sig, afgiver det et enormt energiudbrud over det elektromagnetiske spektrum. Astronomer har opdaget tidligere tidevandsafbrydelseshændelser ved at lede efter karakteristiske udbrud i de optiske bånd og røntgenbånd. Til dato har disse søgninger afsløret omkring et dusin stjerneknusende begivenheder i det nærliggende univers. MIT-teamets nye TDE'er mere end fordobler kataloget over kendte TDE'er i universet. hændelser med tidevandsforstyrrelser MIT-forskere har identificeret 18 nye tidevandsforstyrrelser (TDE'er) - ekstreme tilfælde, hvor en nærliggende stjerne trækkes ind i et sort hul og rives i stykker. Detekteringerne mere end fordobler antallet af kendte TDE'er i det nærliggende univers. (Med tilladelse fra Megan Masterson, Erin Kara, et al.) Forskerne opdagede disse tidligere "skjulte" begivenheder ved at se i et utraditionelt bånd: infrarødt. Ud over at afgive optiske og røntgenudbrud kan TDE'er generere infrarød stråling, især i "støvede" galakser, hvor et centralt sort hul er indhyllet med galaktisk affald. Støvet i disse galakser absorberer og skjuler normalt optisk lys og røntgenlys og ethvert tegn på TDE'er i disse bånd. I processen opvarmes støvet også, hvilket producerer infrarød stråling, der er detekterbar. Holdet fandt ud af, at infrarøde emissioner derfor kan tjene som et tegn på hændelser med tidevandsafbrydelse. Ved at kigge i det infrarøde bånd valgte MIT-holdet mange flere TDE'er i galakser, hvor sådanne begivenheder tidligere var skjult. De 18 nye begivenheder fandt sted i forskellige typer galakser, spredt ud over himlen. "Størstedelen af ​​disse kilder dukker ikke op i optiske bånd," siger hovedforfatter Megan Masterson, en kandidatstuderende ved MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Hvis du vil forstå TDE'er som helhed og bruge dem til at undersøge supermassive sorte huls demografi, skal du kigge i det infrarøde bånd." Andre MIT-forfattere inkluderer Kishalay De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers, Danielle Frostig og Robert Simcoe, og MIT-assistentprofessor i fysik Erin Kara, sammen med samarbejdspartnere fra flere institutioner, herunder Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Tyskland.

Varmespids

Holdet opdagede for nylig den nærmeste TDE endnu ved at søge gennem infrarøde observationer. Opdagelsen åbnede en ny, infrarød-baseret rute, hvormed astronomer kan søge efter aktivt fødende sorte huller. Den første opdagelse ansporede gruppen til at finde flere TDE'er. Til deres nye undersøgelse søgte forskerne gennem arkivobservationer taget af NEOWISE - den fornyede version af NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer. Dette satellitteleskop blev opsendt i 2009 og fortsatte efter en kort pause med at scanne hele himlen for infrarøde "transienter" eller korte udbrud. Holdet gennemgik missionens arkiverede observationer ved hjælp af en algoritme udviklet af medforfatter Kishalay De. Denne algoritme udvælger mønstre i infrarøde emissioner, der er sandsynlige tegn på et forbigående udbrud af infrarød stråling. Holdet krydsreferencede derefter de flagede transienter med et katalog over alle kendte nærliggende galakser inden for 200 megaparsec, eller 600 millioner lysår. De fandt ud af, at infrarøde transienter kunne spores til omkring 1,000 galakser. De zoomede derefter ind på signalet fra hver galakse infrarøde burst for at bestemme, om signalet opstod fra en anden kilde end en TDE, såsom en aktiv galaktisk kerne eller en supernova. Efter at have udelukket disse muligheder, analyserede holdet derefter de resterende signaler og ledte efter et infrarødt mønster, der er karakteristisk for en TDE - nemlig en skarp spids efterfulgt af et gradvist fald, hvilket afspejler en proces, hvorved et sort hul river fra hinanden en stjerne, varmer pludselig det omgivende støv op til omkring 1,000 kelvin, før det gradvist afkøles. Denne analyse afslørede 18 "rene" signaler om tidevandsforstyrrelser. Forskerne tog en undersøgelse af de galakser, hvor hver TDE blev fundet, og så, at de forekom i en række systemer, inklusive støvede galakser, på tværs af hele himlen. "Hvis du kiggede op i himlen og så en masse galakser, ville TDE'erne forekomme repræsentativt i dem alle," siger Masteron. "Det er ikke, at de kun forekommer i én type galakse, som folk troede kun baseret på optiske og røntgensøgninger." "Det er nu muligt at kigge gennem støvet og fuldføre optællingen af ​​nærliggende TDE'er," siger Edo Berger, professor i astronomi ved Harvard University, som ikke var involveret i undersøgelsen. "Et særligt spændende aspekt af dette arbejde er potentialet i opfølgende undersøgelser med store infrarøde undersøgelser, og jeg er spændt på at se, hvilke opdagelser de vil give."

En støvet løsning

Holdets opdagelser hjælper med at løse nogle store spørgsmål i studiet af hændelser med tidevandsafbrydelser. For eksempel havde astronomer forud for dette arbejde for det meste set TDE'er i én type galakse - et "post-starburst" system, der tidligere havde været en stjernedannende fabrik, men som siden har slået sig ned. Denne galaksetype er sjælden, og astronomer undrede sig over, hvorfor TDE'er kun så ud til at dukke op i disse sjældnere systemer. Det sker sådan, at disse systemer også er relativt blottet for støv, hvilket gør en TDE's optiske eller røntgenstråler naturligt nemmere at detektere. Nu, ved at kigge i det infrarøde bånd, er astronomer i stand til at se TDE'er i mange flere galakser. Holdets nye resultater viser, at sorte huller kan fortære stjerner i en række galakser, ikke kun post-starburst-systemer. Resultaterne løser også et "manglende energi"-problem. Fysikere har teoretisk forudsagt, at TDE'er skulle udstråle mere energi, end hvad der faktisk er blevet observeret. Men MIT-holdet siger nu, at støv kan forklare uoverensstemmelsen. De fandt ud af, at hvis en TDE opstår i en støvet galakse, kunne støvet i sig selv absorbere ikke kun optiske og røntgenstråler, men også ekstrem ultraviolet stråling, i en mængde svarende til den formodede "manglende energi." De 18 nye påvisninger hjælper også astronomer med at vurdere hastigheden, hvormed TDE'er forekommer i en given galakse. Når de regner de nye TDE'er ind med tidligere påvisninger, anslår de, at en galakse oplever en tidevandsafbrydelse en gang hvert 50,000 år. Denne hastighed kommer tættere på fysikeres teoretiske forudsigelser. Med flere infrarøde observationer håber holdet at løse hastigheden af ​​TDE'er og egenskaberne ved de sorte huller, der driver dem. "Folk kom med meget eksotiske løsninger på disse gåder, og nu er vi nået til det punkt, hvor vi kan løse dem alle," siger Kara. "Dette giver os tillid til, at vi ikke har brug for al denne eksotiske fysik for at forklare, hvad vi ser. Og vi har bedre styr på mekanikken bag, hvordan en stjerne bliver revet fra hinanden og opslugt af et sort hul. Vi forstår disse systemer bedre."

Tidsstempel:

Mere fra Nanoværk