Các nhà thiên văn phát hiện 18 lỗ đen đang nuốt chửng các ngôi sao gần đó

Các nhà thiên văn phát hiện 18 lỗ đen đang nuốt chửng các ngôi sao gần đó

Dấu thời gian: 29:2024 chiều ngày 12 tháng 04 năm XNUMX
Nút nguồn: 3088799
Ngày 29 tháng 2024 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Các lỗ đen xé nhỏ ngôi sao có ở khắp mọi nơi trên bầu trời nếu bạn biết cách tìm kiếm chúng. Đó là một thông điệp từ một nghiên cứu mới của các nhà khoa học MIT, xuất hiện trên tạp chí Tạp chí Vật lý thiên văn (“A New Population of Mid-Infrared-Selected Tidal Disruption Events: Implications for Tidal Disruption Event Rates and Host Galaxy Properties”). Các tác giả của nghiên cứu đang báo cáo việc phát hiện ra 18 sự kiện gián đoạn thủy triều mới (TDE) - những trường hợp cực đoan khi một ngôi sao gần đó bị thủy triều hút vào một lỗ đen và bị xé thành từng mảnh. Khi lỗ đen ăn thịt, nó phát ra một luồng năng lượng khổng lồ trên toàn phổ điện từ. Các nhà thiên văn học đã phát hiện các sự kiện gián đoạn thủy triều trước đó bằng cách tìm kiếm các vụ nổ đặc trưng trong dải quang học và tia X. Cho đến nay, những cuộc tìm kiếm này đã tiết lộ khoảng chục sự kiện xé nhỏ các ngôi sao trong vũ trụ gần đó. TDE mới của nhóm MIT nhiều hơn gấp đôi danh mục TDE đã biết trong vũ trụ. sự kiện gián đoạn thủy triều Các nhà khoa học của MIT đã xác định được 18 sự kiện gián đoạn thủy triều mới (TDE) – những trường hợp cực đoan khi một ngôi sao gần đó bị thủy triều hút vào một lỗ đen và bị xé thành từng mảnh. Số lượng phát hiện này nhiều hơn gấp đôi số lượng TDE đã biết trong vũ trụ gần đó. (Được phép của Megan Masterson, Erin Kara, và những người khác) Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra những sự kiện “ẩn” trước đây này bằng cách nhìn vào một dải độc đáo: hồng ngoại. Ngoài việc phát ra các vụ nổ quang học và tia X, TDE còn có thể tạo ra bức xạ hồng ngoại, đặc biệt là trong các thiên hà “bụi bặm”, nơi lỗ đen trung tâm bị bao phủ bởi các mảnh vụn thiên hà. Bụi trong các thiên hà này thường hấp thụ và che khuất ánh sáng quang học và tia X cũng như bất kỳ dấu hiệu nào của TDE trong các dải này. Trong quá trình này, bụi cũng nóng lên, tạo ra bức xạ hồng ngoại có thể phát hiện được. Do đó, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng phát xạ hồng ngoại có thể đóng vai trò là dấu hiệu của các sự kiện gián đoạn thủy triều. Bằng cách nhìn vào dải hồng ngoại, nhóm MIT đã chọn ra nhiều TDE hơn trong các thiên hà nơi những sự kiện như vậy trước đây bị ẩn giấu. 18 sự kiện mới xảy ra ở các loại thiên hà khác nhau, rải rác trên bầu trời. Tác giả chính Megan Masterson, một sinh viên tốt nghiệp tại Viện nghiên cứu vật lý thiên văn và không gian Kavli của MIT cho biết: “Phần lớn các nguồn này không hiển thị trong các dải quang học”. “Nếu bạn muốn hiểu toàn bộ TDE và sử dụng chúng để thăm dò nhân khẩu học của lỗ đen siêu lớn, bạn cần nhìn vào dải hồng ngoại.” Các tác giả khác của MIT bao gồm Kishalay De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers, Danielle Frostig, và Robert Simcoe, và trợ lý giáo sư vật lý của MIT Erin Kara, cùng với các cộng tác viên từ nhiều tổ chức bao gồm Viện Vật lý Ngoài Trái đất Max Planck ở Đức.

Tăng đột biến nhiệt

Nhóm nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra TDE gần nhất bằng cách tìm kiếm thông qua các quan sát hồng ngoại. Khám phá này đã mở ra một con đường mới dựa trên tia hồng ngoại mà qua đó các nhà thiên văn học có thể tìm kiếm các lỗ đen đang tích cực nuôi dưỡng. Phát hiện đầu tiên đó đã thúc đẩy nhóm tìm kiếm thêm TDE. Đối với nghiên cứu mới của họ, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm thông qua các quan sát lưu trữ được thực hiện bởi NEOWISE - phiên bản đổi mới của Nhà thám hiểm khảo sát hồng ngoại trường rộng của NASA. Kính thiên văn vệ tinh này được phóng vào năm 2009 và sau một thời gian gián đoạn ngắn đã tiếp tục quét toàn bộ bầu trời để tìm “các tia hồng ngoại” chuyển tiếp hoặc các vụ nổ ngắn. Nhóm nghiên cứu đã xem xét các quan sát được lưu trữ của sứ mệnh bằng thuật toán do đồng tác giả Kishalay De phát triển. Thuật toán này chọn ra các mẫu phát xạ hồng ngoại có khả năng là dấu hiệu của một đợt bức xạ hồng ngoại thoáng qua. Sau đó, nhóm nghiên cứu đối chiếu chéo các thiên hà được gắn cờ với danh mục tất cả các thiên hà lân cận đã biết trong phạm vi 200 megaparsec, hay 600 triệu năm ánh sáng. Họ phát hiện ra rằng các tia hồng ngoại có thể được truy tìm đến khoảng 1,000 thiên hà. Sau đó, họ phóng to tín hiệu của vụ nổ hồng ngoại của mỗi thiên hà để xác định xem tín hiệu đó phát ra từ một nguồn không phải là TDE, chẳng hạn như nhân thiên hà đang hoạt động hay siêu tân tinh. Sau khi loại trừ những khả năng này, nhóm nghiên cứu đã phân tích các tín hiệu còn lại, tìm kiếm mẫu hồng ngoại đặc trưng của TDE – cụ thể là một mũi nhọn nhọn theo sau là một mũi nhọn giảm dần, phản ánh quá trình mà một lỗ đen xé toạc một đột ngột làm nóng đám bụi xung quanh lên khoảng 1,000 kelvin trước khi nguội dần. Phân tích này tiết lộ 18 tín hiệu “sạch” về các sự kiện gián đoạn thủy triều. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện một cuộc khảo sát về các thiên hà nơi mỗi TDE được tìm thấy và thấy rằng chúng xuất hiện trong một loạt hệ thống, bao gồm cả các thiên hà bụi bặm, trên toàn bộ bầu trời. Masteron nói: “Nếu bạn nhìn lên bầu trời và thấy một loạt thiên hà, TDE sẽ xuất hiện đại diện ở tất cả chúng”. “Không phải là chúng chỉ xuất hiện ở một loại thiên hà như mọi người nghĩ chỉ dựa trên các tìm kiếm quang học và tia X.” Edo Berger, giáo sư thiên văn học tại Đại học Harvard, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết: “Bây giờ có thể nhìn xuyên qua lớp bụi và hoàn thành cuộc điều tra dân số về các TDE gần đó”. “Một khía cạnh đặc biệt thú vị của công việc này là tiềm năng của các nghiên cứu tiếp theo với các cuộc khảo sát hồng ngoại quy mô lớn và tôi rất vui mừng muốn xem chúng sẽ mang lại những khám phá gì.”

Dung dịch bụi

Những khám phá của nhóm giúp giải quyết một số câu hỏi lớn trong việc nghiên cứu các hiện tượng gián đoạn thủy triều. Ví dụ, trước công trình này, các nhà thiên văn học hầu hết đã nhìn thấy TDE trong một loại thiên hà - một hệ thống “hậu sao nổ” trước đây từng là một nhà máy hình thành sao, nhưng sau đó đã ổn định. Loại thiên hà này rất hiếm và các nhà thiên văn học đã bối rối không hiểu tại sao TDE dường như chỉ xuất hiện trong những hệ thống hiếm hơn này. Điều xảy ra là các hệ thống này cũng tương đối ít bụi, khiến cho việc phát hiện tia X hoặc quang học của TDE trở nên dễ dàng hơn một cách tự nhiên. Giờ đây, bằng cách nhìn vào dải hồng ngoại, các nhà thiên văn học có thể nhìn thấy TDE ở nhiều thiên hà hơn. Kết quả mới của nhóm cho thấy lỗ đen có thể nuốt chửng các ngôi sao trong một loạt thiên hà, không chỉ các hệ thống sau vụ nổ sao. Những phát hiện này cũng giải quyết được vấn đề “thiếu năng lượng”. Các nhà vật lý đã dự đoán về mặt lý thuyết rằng TDE sẽ tỏa ra nhiều năng lượng hơn những gì thực tế đã quan sát được. Nhưng nhóm MIT hiện nói rằng bụi có thể giải thích sự khác biệt đó. Họ phát hiện ra rằng nếu TDE xảy ra trong một thiên hà bụi bặm, bản thân bụi có thể hấp thụ không chỉ phát xạ quang học và tia X mà còn cả bức xạ cực tím, với lượng tương đương với “năng lượng bị thiếu” được cho là. 18 phát hiện mới cũng đang giúp các nhà thiên văn học ước tính tốc độ TDE xảy ra trong một thiên hà nhất định. Khi họ tính toán các TDE mới dựa trên các phát hiện trước đó, họ ước tính một thiên hà sẽ trải qua sự kiện gián đoạn thủy triều cứ sau 50,000 năm một lần. Tỷ lệ này tiến gần hơn đến những dự đoán lý thuyết của các nhà vật lý. Với nhiều quan sát hồng ngoại hơn, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ giải quyết được tốc độ TDE và đặc tính của các lỗ đen cung cấp năng lượng cho chúng. Kara nói: “Mọi người đã nghĩ ra những giải pháp rất kỳ lạ cho những câu đố này và giờ đây chúng tôi đã đạt đến mức có thể giải quyết được tất cả chúng”. “Điều này mang lại cho chúng tôi niềm tin rằng chúng tôi không cần tất cả những thứ vật lý kỳ lạ này để giải thích những gì chúng tôi đang thấy. Và chúng ta có cách xử lý tốt hơn về cơ chế đằng sau việc một ngôi sao bị xé toạc và bị lỗ đen nuốt chửng. Chúng tôi đang hiểu rõ hơn về những hệ thống này.”

Dấu thời gian:

Thêm từ công trình nano