Astronomowie odkryli 18 czarnych dziur pożerających pobliskie gwiazdy

Astronomowie odkryli 18 czarnych dziur pożerających pobliskie gwiazdy

Znacznik czasu: 29 stycznia 2024 12:04
Węzeł źródłowy: 3088799
29 stycznia 2024 r (Wiadomości Nanowerk) Rozrywające gwiazdy czarne dziury są wszędzie na niebie, jeśli tylko wiesz, jak ich szukać. To jeden z wniosków płynących z nowego badania przeprowadzonego przez naukowców z MIT, które ukazało się w czasopiśmie „ Astrophysical Journal (“A New Population of Mid-Infrared-Selected Tidal Disruption Events: Implications for Tidal Disruption Event Rates and Host Galaxy Properties”). Autorzy badania donoszą o odkryciu 18 nowych zdarzeń związanych z zakłóceniami pływowymi (TDE) – ekstremalnymi przypadkami, gdy pobliska gwiazda zostaje wciągnięta pływowo przez czarną dziurę i rozerwana na strzępy. Gdy czarna dziura żeruje, wydziela ogromny wybuch energii w całym spektrum elektromagnetycznym. Astronomowie wykryli wcześniejsze zdarzenia związane z zakłóceniami pływowymi, szukając charakterystycznych rozbłysków w pasmach optycznych i rentgenowskich. Do chwili obecnej poszukiwania te ujawniły kilkanaście zdarzeń niszczących gwiazdy w pobliskim wszechświecie. Nowe TDE opracowane przez zespół MIT stanowią ponad dwukrotnie więcej niż katalog znanych TDE we wszechświecie. zdarzenia związane z zakłóceniami pływów Naukowcy z MIT zidentyfikowali 18 nowych zdarzeń związanych z zakłóceniami pływowymi (TDE) – ekstremalnymi przypadkami, gdy pobliska gwiazda zostaje wciągnięta pływowo przez czarną dziurę i rozerwana na strzępy. Wykrycia są ponad dwukrotnie większe niż liczba znanych TDE w pobliskim wszechświecie. (Dzięki uprzejmości Megan Masterson, Erin Kara i wsp.) Naukowcy dostrzegli te wcześniej „ukryte” zdarzenia, patrząc w niekonwencjonalnym paśmie: podczerwieni. Oprócz emitowania rozbłysków optycznych i rentgenowskich, TDE mogą generować promieniowanie podczerwone, szczególnie w „zapylonych” galaktykach, gdzie centralna czarna dziura jest otoczona pozostałościami galaktycznymi. Pył w tych galaktykach zwykle pochłania i przesłania światło optyczne i rentgenowskie oraz wszelkie oznaki TDE w tych pasmach. W trakcie tego procesu pył ​​również się nagrzewa, wytwarzając wykrywalne promieniowanie podczerwone. Zespół odkrył, że zatem emisje podczerwieni mogą służyć jako oznaka zakłóceń pływowych. Patrząc w paśmie podczerwieni, zespół MIT wykrył znacznie więcej TDE w galaktykach, w których takie zdarzenia były wcześniej ukryte. 18 nowych zdarzeń miało miejsce w różnych typach galaktyk rozproszonych po niebie. „Większość tych źródeł nie pojawia się w pasmach optycznych” – mówi główna autorka Megan Masterson, absolwentka Instytutu Astrofizyki i Badań Kosmicznych Kavli na MIT. „Jeśli chcesz zrozumieć TDE jako całość i wykorzystać je do badania demografii supermasywnych czarnych dziur, musisz spojrzeć w pasmo podczerwieni”. Inni autorzy z MIT to Kishalay De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers, Danielle Frostig i Robert Simcoe oraz adiunkt fizyki MIT Erin Kara, a także współpracownicy z wielu instytucji, w tym z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka w Niemczech.

Skok ciepła

Zespół niedawno odkrył najbliższe jak dotąd TDE, przeszukując obserwacje w podczerwieni. Odkrycie otworzyło nową drogę opartą na podczerwieni, dzięki której astronomowie mogą szukać aktywnie zasilających czarne dziury. To pierwsze wykrycie zachęciło grupę do poszukiwania większej liczby TDE. Na potrzeby nowego badania naukowcy przeszukali archiwalne obserwacje wykonane przez NEOWISE – odnowioną wersję narzędzia NASA Wide-field Infrared Survey Explorer. Ten teleskop satelitarny wystartował w 2009 roku i po krótkiej przerwie w dalszym ciągu skanuje całe niebo w poszukiwaniu „nieustalonych” podczerwieni, czyli krótkich rozbłysków. Zespół przejrzał archiwalne obserwacje misji, korzystając z algorytmu opracowanego przez współautora Kishalay De. Algorytm ten wykrywa wzorce emisji podczerwieni, które są prawdopodobnymi oznakami przejściowego rozbłysku promieniowania podczerwonego. Następnie zespół porównał oznaczone stany przejściowe z katalogiem wszystkich znanych pobliskich galaktyk w promieniu 200 megaparseków, czyli 600 milionów lat świetlnych. Odkryli, że stany przejściowe w podczerwieni można przypisać do około 1,000 galaktyk. Następnie przybliżyli sygnał rozbłysku podczerwieni każdej galaktyki, aby określić, czy sygnał pochodzi ze źródła innego niż TDE, takiego jak aktywne jądro galaktyczne czy supernowa. Po wykluczeniu tych możliwości zespół następnie przeanalizował pozostałe sygnały, szukając wzoru w podczerwieni charakterystycznego dla TDE — mianowicie ostrego impulsu, po którym następuje stopniowy spadek, odzwierciedlający proces, w którym czarna dziura rozrywając gwiazda, nagle podgrzewa otaczający pył do około 1,000 kelwinów, po czym stopniowo ochładza się. Analiza ta ujawniła 18 „czystych” sygnałów zdarzeń związanych z zakłóceniami pływowymi. Naukowcy przeprowadzili przegląd galaktyk, w których odkryto poszczególne TDE, i zaobserwowali, że występowały one w szeregu układów, w tym w galaktykach pyłowych, na całym niebie. „Gdyby spojrzeć w niebo i zobaczyć grupę galaktyk, TDE występowałyby reprezentatywnie we wszystkich” – mówi Masteron. „To nie tak, że występują one tylko w jednym typie galaktyk, jak ludzie sądzili na podstawie badań optycznych i rentgenowskich”. „Teraz można zajrzeć przez kurz i dokończyć spis pobliskich TDE” – mówi Edo Berger, profesor astronomii na Uniwersytecie Harvarda, który nie był zaangażowany w badania. „Szczególnie ekscytującym aspektem tej pracy jest potencjał dalszych badań obejmujących duże przeglądy w podczerwieni. Nie mogę się doczekać, jakie odkrycia przyniosą”.

Zakurzony roztwór

Odkrycia zespołu pomagają rozwiązać kilka głównych pytań w badaniu zdarzeń związanych z zakłóceniami pływowymi. Na przykład przed rozpoczęciem tej pracy astronomowie obserwowali TDE głównie w jednym typie galaktyk – układzie „po wybuchu gwiazd”, który wcześniej był fabryką gwiazdotwórczą, ale od tego czasu się ustabilizował. Ten typ galaktyk jest rzadki i astronomowie byli zaskoczeni, dlaczego TDE zdawały się pojawiać tylko w tych rzadszych układach. Tak się składa, że ​​systemy te są również stosunkowo pozbawione kurzu, co sprawia, że ​​emisje optyczne lub rentgenowskie TDE są w naturalny sposób łatwiejsze do wykrycia. Teraz, patrząc w paśmie podczerwieni, astronomowie są w stanie zobaczyć TDE w znacznie większej liczbie galaktyk. Nowe wyniki zespołu pokazują, że czarne dziury mogą pożerać gwiazdy w wielu galaktykach, nie tylko w układach powstałych po wybuchach gwiazdowych. Odkrycia rozwiązują również problem „brakującej energii”. Fizycy teoretycznie przewidzieli, że TDE powinny emitować więcej energii, niż faktycznie zaobserwowano. Jednak zespół MIT twierdzi teraz, że rozbieżność może wyjaśniać pył. Odkryli, że jeśli TDE wystąpi w zapylonej galaktyce, sam pył może absorbować nie tylko emisję promieniowania optycznego i rentgenowskiego, ale także ekstremalne promieniowanie ultrafioletowe w ilości równoważnej przypuszczalnej „brakującej energii”. 18 nowych odkryć pomaga także astronomom oszacować tempo występowania TDE w danej galaktyce. Porównując nowe TDE z poprzednimi odkryciami, szacują, że w galaktyce dochodzi do rozerwania pływowego raz na 50,000 XNUMX lat. Wskaźnik ten jest bliższy przewidywaniom teoretycznym fizyków. Dzięki większej liczbie obserwacji w podczerwieni zespół ma nadzieję określić tempo TDE i właściwości czarnych dziur, które je zasilają. „Ludzie wymyślali bardzo egzotyczne rozwiązania tych zagadek, a teraz doszliśmy do punktu, w którym możemy rozwiązać je wszystkie” – mówi Kara. „To daje nam pewność, że nie potrzebujemy całej tej egzotycznej fizyki, aby wyjaśnić to, co widzimy. Lepiej rozumiemy mechanikę rozrywania gwiazdy i pochłaniania jej przez czarną dziurę. Lepiej rozumiemy te systemy.”

Znak czasu:

Więcej z Nanowerk