Astronomer ser 18 svarta hål som slukar upp närliggande stjärnor

Astronomer ser 18 svarta hål som slukar upp närliggande stjärnor

Tidsstämpel: 29 januari 2024 12:04
Källnod: 3088799
29 januari 2024 (Nanowerk Nyheter) Stjärnförstörande svarta hål finns överallt på himlen om du bara vet hur man letar efter dem. Det är ett meddelande från en ny studie av MIT-forskare, som visas i Astrophysical Journal ("En ny population av medelinfraröda utvalda tidvattenstörningshändelser: konsekvenser för tidvattenstörningshändelser och värdgalaxegenskaper"). Studiens författare rapporterar upptäckten av 18 nya tidvattenavbrottshändelser (TDE) - extrema fall när en närliggande stjärna dras in i ett svart hål och slits sönder. När det svarta hålet festar, avger det en enorm energiskur över det elektromagnetiska spektrumet. Astronomer har upptäckt tidigare tidvattenstörningar genom att leta efter karakteristiska skurar i de optiska banden och röntgenbanden. Hittills har dessa sökningar avslöjat omkring ett dussin stjärnnedbrytande händelser i det närliggande universum. MIT-teamets nya TDE:er mer än fördubblar katalogen av kända TDE:er i universum. tidvattenstörningar MIT-forskare har identifierat 18 nya tidvattenavbrottshändelser (TDE) - extrema fall när en närliggande stjärna dras in i ett svart hål och slits i bitar. Detekteringarna mer än fördubblar antalet kända TDE i det närliggande universum. (Med tillstånd av Megan Masterson, Erin Kara, et al.) Forskarna upptäckte dessa tidigare "dolda" händelser genom att titta i ett okonventionellt band: infrarött. Förutom att avge optiska och röntgenskurar kan TDE generera infraröd strålning, särskilt i "dammiga" galaxer, där ett centralt svart hål är omgivet av galaktiskt skräp. Dammet i dessa galaxer absorberar och skymmer normalt optiskt ljus och röntgenljus, och alla tecken på TDE i dessa band. I processen värms dammet också upp och producerar infraröd strålning som är detekterbar. Teamet fann att infraröda utsläpp därför kan fungera som ett tecken på tidvattenstörningar. Genom att titta i det infraröda bandet valde MIT-teamet ut många fler TDE, i galaxer där sådana händelser tidigare var gömda. De 18 nya händelserna inträffade i olika typer av galaxer, utspridda över himlen. "Majoriteten av dessa källor dyker inte upp i optiska band", säger huvudförfattaren Megan Masterson, doktorand vid MIT:s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Om du vill förstå TDEs som helhet och använda dem för att undersöka supermassiva svarta håls demografi, måste du titta i det infraröda bandet." Andra MIT-författare inkluderar Kishalay De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers, Danielle Frostig och Robert Simcoe, och MIT biträdande professor i fysik Erin Kara, tillsammans med medarbetare från flera institutioner inklusive Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Tyskland.

Värmespik

Teamet upptäckte nyligen den närmaste TDE hittills genom att söka igenom infraröda observationer. Upptäckten öppnade en ny, infraröd-baserad rutt genom vilken astronomer kan söka efter aktivt matande svarta hål. Den första upptäckten sporrade gruppen att leta efter fler TDE. För sin nya studie sökte forskarna igenom arkivobservationer tagna av NEOWISE - den förnyade versionen av NASA:s Wide-field Infrared Survey Explorer. Detta satellitteleskop lanserades 2009 och har efter ett kort uppehåll fortsatt att skanna hela himlen efter infraröda "transienter" eller korta skurar. Teamet tittade igenom uppdragets arkiverade observationer med hjälp av en algoritm utvecklad av medförfattaren Kishalay De. Denna algoritm plockar ut mönster i infraröda emissioner som sannolikt är tecken på en övergående skur av infraröd strålning. Teamet korsrefererade sedan de flaggade transienterna med en katalog över alla kända närliggande galaxer inom 200 megaparsec, eller 600 miljoner ljusår. De fann att infraröda transienter kunde spåras till cirka 1,000 1,000 galaxer. De zoomade sedan in på signalen från varje galaxs infraröda skur för att avgöra om signalen uppstod från en annan källa än en TDE, till exempel en aktiv galaktisk kärna eller en supernova. Efter att ha uteslutit dessa möjligheter analyserade teamet sedan de återstående signalerna och letade efter ett infrarött mönster som är karakteristiskt för en TDE - nämligen en skarp spik följt av en gradvis dipp, vilket återspeglar en process genom vilken ett svart hål, i att slita isär en stjärna, värmer plötsligt upp det omgivande dammet till cirka 18 XNUMX kelvin innan det gradvis kyls ner. Denna analys avslöjade XNUMX "rena" signaler om tidvattenstörningar. Forskarna gjorde en undersökning av galaxerna där varje TDE hittades och såg att de förekom i en rad system, inklusive dammiga galaxer, över hela himlen. "Om du tittade upp i himlen och såg ett gäng galaxer skulle TDE förekomma representativt i dem alla", säger Masteron. "Det är inte så att de bara förekommer i en typ av galax, som folk trodde bara baserat på optiska sökningar och röntgensökningar." "Det är nu möjligt att titta igenom dammet och slutföra inventeringen av närliggande TDE", säger Edo Berger, professor i astronomi vid Harvard University, som inte var involverad i studien. "En särskilt spännande aspekt av detta arbete är potentialen för uppföljningsstudier med stora infraröda undersökningar, och jag är spänd på att se vilka upptäckter de kommer att ge."

En dammig lösning

Teamets upptäckter hjälper till att lösa några viktiga frågor i studiet av tidvattenstörningar. Till exempel, före detta arbete, hade astronomer mestadels sett TDE i en typ av galax - ett "post-starburst"-system som tidigare hade varit en stjärnbildande fabrik, men som sedan har slagit sig ner. Denna galaxtyp är sällsynt, och astronomer var förbryllade över varför TDE verkade dyka upp bara i dessa sällsynta system. Det råkar vara så att dessa system också är relativt fria från damm, vilket gör en TDE:s optiska eller röntgenstrålning naturligt lättare att upptäcka. Nu, genom att titta i det infraröda bandet, kan astronomer se TDE i många fler galaxer. Teamets nya resultat visar att svarta hål kan sluka stjärnor i en rad galaxer, inte bara system efter starburst. Fynden löser också ett problem med "saknad energi". Fysiker har teoretiskt förutspått att TDE borde utstråla mer energi än vad som faktiskt har observerats. Men MIT-teamet säger nu att damm kan förklara diskrepansen. De fann att om en TDE inträffar i en dammig galax, kan dammet självt absorbera inte bara optiska och röntgenstrålning utan också extrem ultraviolett strålning, i en mängd som motsvarar den förmodade "saknade energin". De 18 nya upptäckterna hjälper också astronomer att uppskatta hastigheten med vilken TDE förekommer i en given galax. När de räknar in de nya TDE:erna med tidigare upptäckter, uppskattar de att en galax upplever en tidvattenavbrottshändelse en gång vart 50,000 XNUMX:e år. Denna takt kommer närmare fysikernas teoretiska förutsägelser. Med fler infraröda observationer hoppas teamet kunna lösa frekvensen av TDE och egenskaperna hos de svarta hålen som driver dem. "Människor kom på väldigt exotiska lösningar på dessa pussel, och nu har vi kommit till den punkt där vi kan lösa dem alla", säger Kara. "Detta ger oss förtroende för att vi inte behöver all denna exotiska fysik för att förklara vad vi ser. Och vi har bättre koll på mekaniken bakom hur en stjärna slits isär och slukas upp av ett svart hål. Vi förstår dessa system bättre.”

Tidsstämpel:

Mer från Nanoverk