นักดาราศาสตร์พบหลุมดำ 18 หลุมกลืนดาวฤกษ์ใกล้เคียง

นักดาราศาสตร์พบหลุมดำ 18 หลุมกลืนดาวฤกษ์ใกล้เคียง

ประทับเวลา: 29 มกราคม 2024 12:04 น
โหนดต้นทาง: 3088799
29 มกราคม 2024 (ข่าวนาโนเวิร์ค) หลุมดำทำลายดาวมีอยู่ทุกหนทุกแห่งในท้องฟ้าหากคุณรู้วิธีค้นหาพวกมัน นั่นเป็นข้อความหนึ่งจากการศึกษาใหม่ของนักวิทยาศาสตร์ MIT ที่ปรากฏใน วารสาร Astrophysical (“A New Population of Mid-Infrared-Selected Tidal Disruption Events: Implications for Tidal Disruption Event Rates and Host Galaxy Properties”). ผู้เขียนการศึกษากำลังรายงานการค้นพบเหตุการณ์การหยุดชะงักของกระแสน้ำ (TDE) ใหม่ 18 เหตุการณ์ ซึ่งเป็นกรณีที่รุนแรงเมื่อดาวฤกษ์ใกล้เคียงถูกดึงเข้าไปในหลุมดำและฉีกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ขณะที่หลุมดำเฉลิมฉลอง มันจะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลผ่านสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า นักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบเหตุการณ์การหยุดชะงักของกระแสน้ำก่อนหน้านี้โดยการมองหาการระเบิดที่มีลักษณะเฉพาะในแถบแสงและรังสีเอกซ์ จนถึงปัจจุบัน การค้นหาเหล่านี้ได้เปิดเผยเกี่ยวกับเหตุการณ์การทำลายดาวฤกษ์หลายสิบครั้งในจักรวาลใกล้เคียง TDE ใหม่ของทีม MIT มากกว่าสองเท่าของแคตตาล็อก TDE ที่รู้จักในจักรวาล เหตุการณ์การหยุดชะงักของกระแสน้ำ นักวิทยาศาสตร์ของ MIT ได้ระบุเหตุการณ์คลื่นรบกวน (TDE) ใหม่ 18 เหตุการณ์ ซึ่งเป็นกรณีที่รุนแรงเมื่อดาวฤกษ์ใกล้เคียงถูกดึงเข้าไปในหลุมดำและฉีกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย การตรวจจับนี้มากกว่าจำนวน TDE ที่รู้จักในจักรวาลใกล้เคียงมากกว่าสองเท่า (ได้รับความอนุเคราะห์จาก Megan Masterson, Erin Kara และคณะ) นักวิจัยค้นพบเหตุการณ์ที่ "ซ่อนเร้น" ก่อนหน้านี้โดยการดูในย่านความถี่ที่แหวกแนว: อินฟราเรด นอกจากจะให้การระเบิดแสงและรังสีเอกซ์แล้ว TDE ยังสามารถสร้างรังสีอินฟราเรดได้ โดยเฉพาะในกาแลคซี "ฝุ่น" ที่ซึ่งหลุมดำใจกลางถูกปกคลุมไปด้วยเศษดาราจักร ฝุ่นในกาแลคซีเหล่านี้มักจะดูดซับและบดบังแสงแสงและรังสีเอกซ์ และสัญญาณใดๆ ของ TDE ในแถบเหล่านี้ ในกระบวนการนี้ ฝุ่นยังร้อนขึ้น ทำให้เกิดรังสีอินฟราเรดที่สามารถตรวจจับได้ ทีมงานพบว่าการปล่อยอินฟราเรดจึงสามารถใช้เป็นสัญญาณของเหตุการณ์การหยุดชะงักของกระแสน้ำได้ เมื่อมองในแถบอินฟราเรด ทีมงาน MIT ได้เลือก TDE อื่นๆ อีกมากมายในกาแลคซีซึ่งเหตุการณ์ดังกล่าวถูกซ่อนไว้ก่อนหน้านี้ เหตุการณ์ใหม่ 18 เหตุการณ์เกิดขึ้นในกาแลคซีประเภทต่างๆ ที่กระจัดกระจายไปทั่วท้องฟ้า “แหล่งข้อมูลเหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่ปรากฏในแถบแสง” เมแกน มาสเตอร์สัน ผู้เขียนหลัก นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากสถาบัน Kavli เพื่อการวิจัยฟิสิกส์ดาราศาสตร์และอวกาศของ MIT กล่าว “ถ้าคุณต้องการทำความเข้าใจ TDE โดยรวมและใช้มันเพื่อตรวจสอบประชากรหลุมดำมวลมหาศาล คุณต้องดูในย่านอินฟราเรด” ผู้เขียน MIT คนอื่นๆ ได้แก่ Kishalay De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers, Danielle Frostig และ Robert Simcoe และผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ของ MIT Erin Kara พร้อมด้วยผู้ร่วมมือจากสถาบันหลายแห่ง รวมถึง Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics ในเยอรมนี

ความร้อนขัดขวาง

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมงานตรวจพบ TDE ใกล้ที่สุดด้วยการค้นหาผ่านการสังเกตการณ์อินฟราเรด การค้นพบนี้ได้เปิดเส้นทางใหม่ที่ใช้อินฟราเรดซึ่งนักดาราศาสตร์สามารถค้นหาแหล่งอาหารของหลุมดำได้ การตรวจจับครั้งแรกนั้นกระตุ้นให้กลุ่มค้นหา TDE มากขึ้น สำหรับการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยได้ค้นหาผ่านการสังเกตการณ์ที่เก็บถาวรซึ่งถ่ายโดย NEOWISE ซึ่งเป็นเวอร์ชันปรับปรุงใหม่ของนักสำรวจอินฟราเรดมุมกว้างของ NASA กล้องโทรทรรศน์ดาวเทียมนี้เปิดตัวในปี 2009 และหลังจากหายไปช่วงสั้นๆ ก็ยังคงสแกนท้องฟ้าทั้งดวงเพื่อหา “ชั่วครู่” หรือการระเบิดช่วงสั้นๆ ของอินฟราเรด ทีมงานได้พิจารณาข้อสังเกตที่เก็บถาวรของภารกิจโดยใช้อัลกอริธึมที่พัฒนาโดยผู้ร่วมเขียน Kishalay De อัลกอริธึมนี้จะเลือกรูปแบบการปล่อยอินฟราเรดที่น่าจะเป็นสัญญาณของการปะทุของรังสีอินฟราเรดชั่วคราว จากนั้นทีมงานได้อ้างอิงโยงทรานเซียนต์ที่ทำเครื่องหมายไว้กับรายการของกาแลคซีใกล้เคียงทั้งหมดที่รู้จักภายในระยะ 200 เมกะพาร์เซกหรือ 600 ล้านปีแสง พวกเขาพบว่าอินฟราเรดชั่วคราวสามารถสืบย้อนไปถึงกาแลคซีประมาณ 1,000 แห่ง จากนั้นพวกเขาก็ขยายสัญญาณของการปะทุอินฟราเรดของกาแลคซีแต่ละแห่งเพื่อดูว่าสัญญาณนั้นเกิดขึ้นจากแหล่งอื่นที่ไม่ใช่ TDE เช่น นิวเคลียสของกาแลคซีกัมมันต์หรือซูเปอร์โนวาหรือไม่ หลังจากพิจารณาความเป็นไปได้เหล่านี้แล้ว ทีมงานจึงวิเคราะห์สัญญาณที่เหลือ โดยมองหารูปแบบอินฟราเรดที่เป็นลักษณะเฉพาะของ TDE กล่าวคือ แหลมคมตามด้วยการค่อยๆ ลดลง สะท้อนถึงกระบวนการที่หลุมดำกำลังแยกออกจากกัน ทำให้ฝุ่นที่อยู่รอบๆ ร้อนขึ้นอย่างกะทันหันถึงประมาณ 1,000 เคลวิน ก่อนที่จะค่อยๆ เย็นลง การวิเคราะห์นี้เผยให้เห็นสัญญาณ "สะอาด" 18 ประการของเหตุการณ์การหยุดชะงักของกระแสน้ำ นักวิจัยได้สำรวจกาแลคซีที่พบ TDE แต่ละแห่ง และพบว่าพวกมันเกิดขึ้นในระบบต่างๆ รวมถึงกาแลคซีที่เต็มไปด้วยฝุ่นทั่วทั้งท้องฟ้า “ถ้าคุณมองขึ้นไปบนท้องฟ้าและเห็นกาแลคซีจำนวนหนึ่ง TDE จะเกิดขึ้นอย่างเป็นตัวแทนในกาแล็กซีทั้งหมด” Masteron กล่าว “ไม่ใช่ว่าพวกมันเกิดขึ้นในกาแลคซีประเภทเดียวเท่านั้น อย่างที่ผู้คนคิดจากการค้นหาด้วยแสงและรังสีเอกซ์เท่านั้น” “ตอนนี้เป็นไปได้ที่จะมองผ่านฝุ่นและสำรวจ TDE ที่อยู่ใกล้เคียงให้เสร็จสิ้น” Edo Berger ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ผู้ไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าว “แง่มุมที่น่าตื่นเต้นเป็นพิเศษของงานนี้คือศักยภาพของการศึกษาติดตามผลด้วยการสำรวจอินฟราเรดขนาดใหญ่ และผมรู้สึกตื่นเต้นที่จะได้เห็นสิ่งที่พวกเขาค้นพบ”

สารละลายที่มีฝุ่น

การค้นพบของทีมช่วยตอบคำถามสำคัญบางข้อในการศึกษาเหตุการณ์การหยุดชะงักของกระแสน้ำ ตัวอย่างเช่น ก่อนงานนี้ นักดาราศาสตร์เคยเห็น TDE ในกาแลคซีประเภทหนึ่ง ซึ่งเป็นระบบ "หลังดาวกระจาย" ซึ่งก่อนหน้านี้เคยเป็นโรงงานกำเนิดดาว แต่ได้ตกลงกันตั้งแต่นั้นมา กาแลคซีประเภทนี้เป็นกาแลคซีที่หายาก และนักดาราศาสตร์ก็งงว่าทำไม TDE ถึงปรากฏขึ้นเฉพาะในระบบที่หายากเหล่านี้เท่านั้น บังเอิญว่าระบบเหล่านี้ค่อนข้างปราศจากฝุ่น ทำให้การตรวจจับการปล่อยแสงหรือรังสีเอกซ์ของ TDE ง่ายขึ้นตามธรรมชาติ ขณะนี้ เมื่อมองในแถบอินฟราเรด นักดาราศาสตร์ก็สามารถเห็น TDE ในกาแลคซีอื่นๆ อีกมากมาย ผลการวิจัยใหม่ของทีมแสดงให้เห็นว่าหลุมดำสามารถกลืนดาวฤกษ์ในกาแลคซีหลายแห่ง ไม่เพียงแต่ระบบหลังดาวกระจายเท่านั้น การค้นพบนี้ยังช่วยแก้ปัญหา "พลังงานที่หายไป" อีกด้วย นักฟิสิกส์ได้คาดการณ์ในทางทฤษฎีว่า TDE ควรแผ่พลังงานออกมามากกว่าที่สังเกตได้จริง แต่ตอนนี้ทีมงาน MIT บอกว่าฝุ่นอาจอธิบายความคลาดเคลื่อนได้ พวกเขาพบว่าหาก TDE เกิดขึ้นในดาราจักรที่เต็มไปด้วยฝุ่น ฝุ่นนั้นสามารถดูดซับไม่เพียงแต่การปล่อยแสงและรังสีเอกซ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงด้วย ในปริมาณที่เทียบเท่ากับ “พลังงานที่หายไป” การตรวจจับใหม่ 18 ครั้งยังช่วยให้นักดาราศาสตร์ประมาณอัตราที่ TDE เกิดขึ้นในกาแลคซีที่กำหนด เมื่อพวกเขาเข้าใจ TDE ใหม่จากการตรวจพบครั้งก่อน พวกเขาประเมินว่ากาแลคซีจะประสบกับเหตุการณ์คลื่นรบกวนทุกๆ 50,000 ปี อัตรานี้ใกล้เคียงกับการคาดการณ์ทางทฤษฎีของนักฟิสิกส์มากขึ้น ด้วยการสังเกตการณ์อินฟราเรดมากขึ้น ทีมงานหวังที่จะแก้ไขอัตราของ TDE และคุณสมบัติของหลุมดำที่ให้พลังงานแก่พวกมัน “ผู้คนต่างคิดวิธีแก้ปัญหาที่แปลกใหม่สำหรับปริศนาเหล่านี้ และตอนนี้เรามาถึงจุดที่เราสามารถไขปริศนาทั้งหมดได้” Kara กล่าว “สิ่งนี้ทำให้เรามั่นใจว่าเราไม่ต้องการฟิสิกส์ที่แปลกใหม่ทั้งหมดนี้เพื่ออธิบายสิ่งที่เราเห็น และเรามีการจัดการที่ดีกว่าในกลไกเบื้องหลังการที่ดาวฤกษ์ถูกแยกออกจากกันและกลืนกินหลุมดำ เราเข้าใจระบบเหล่านี้ดีขึ้น”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก นาโนเวิร์ค