Mikro-rozerwania pływowe w dyskach masywnych czarnych dziur

W sercach niektórych galaktyk wokół supermasywnej czarnej dziury wiruje dysk gazu. Najnowsza publikacja bada, co może się stać, gdy gwiazdy i czarne dziury o masie gwiazdowej spotkają się w dyskach wokół supermasywnych czarnych dziur.

Wizja artystyczna czarnej dziury o masie gwiazdowej.
Źródło: NASA E/PO, Sonoma State University, Aurore Simonnet.

Wsparcie od aktywnego jądra galaktyki
Dyski wokół supermasywnych czarnych dziur, które wspólnie zasilają świecące aktywne jądra galaktyk (AGN) w całym Wszechświecie, mogą umożliwiać ciekawe oddziaływania między gwiazdami a zwartymi obiektami. Gwiazdy okrążające centra tych galaktyk pod każdym kątem wielokrotnie przechodzą przez dysk, zbierając gaz i zyskując masę. Z czasem, tarcie wynikające z tych powtarzających się przejść zmienia orbity gwiazd i sprowadza niektóre z nich na nowe orbity, które leżą w samym dysku.

Gdy gwiazdy zostaną osadzone w dysku, migrują do wewnątrz i stają się podatne na grawitacyjne splątanie z innymi obiektami. Niektóre z tych gwiazd połączą się z czarnymi dziurami o masie gwiazdowej, tworząc układy podwójne. Astronomowie przewidują, że orbity tych układów podwójnych kurczą się do momentu, gdy siły pływowe czarnej dziury rozerwą gwiazdę, powodując w ten sposób małą wersję tego samego zjawiska, które występuje wokół supermasywnych czarnych dziur: rozerwanie pływowe (ang. tidal disruption event – TDE). Ale jak powszechne mogą być te mikro-TDE i jakie miałyby one sygnatury obserwacyjne?

Szacowanie zdarzeń
Zespół badawczy pod kierownictwem Yang Yang (Uniwersytet Floryda) oszacował częstotliwość tych zdarzeń, jak również rodzaje sygnałów elektromagnetycznych, które będą emitowane. Zespół rozpoczął od oszacowania, ile gwiazd i czarnych dziur znajdzie się na wyrównanych orbitach w obrębie dysku AGN. Następnie autorzy pracy zastosowali losowy rozkład mas gwiazd i czarnych dziur i obliczyli, jak szybko układy podwójne utworzone z tych populacji będą się łączyć, uzyskując wskaźnik jednego zdarzenia rocznie na gigaparsek sześcienny (1 gigaparsek sześcienny = 3,5˟1028 lat świetlnych; około 50 000 razy większa od Supergromady w Pannie).

Jeżeli chodzi o rodzaj sygnałów elektromagnetycznych, które mogą być wytwarzane przez te zdarzenia, Yang i współpracownicy sugerują, że będą one przypominać sygnały z TDE wokół supermasywnych czarnych dziur – ale z pewnymi kluczowymi różnicami. Strumień akrecji, który tworzy się wokół gwiazdowej czarnej dziury będzie gorętszy niż strumień, który tworzy się wokół supermasywnej czarnej dziury, powodując obfitą emisję promieniowania rentgenowskiego, a mikro-TDE mogą osiągnąć szczytową jasność później niż te pełnoskalowe TDE.

Wykrywanie zakłóceń
To wielki Wszechświat – gdzie powinniśmy szukać oznak mikro-TDE? Ponieważ mikro-TDE i pełnoskalowe TDE mają podobne sygnały elektromagnetyczne, zespół Yang sugeruje, że galaktyki, w których TDE są rzadkie, są pierwszymi miejscami, w których powinniśmy ich szukać. Na szczęście wiemy już, gdzie to może być: supermasywne czarne dziury o masie powyżej 100 milionów mas Słońca prawdopodobnie pochłaniają gwiazdy podobne do Słońca w całości, zamiast je rozrywać. Jeżeli obserwujemy sygnał podobny do TDE pochodzący z sąsiedztwa takiej czarnej dziury, może on być oznaką mikro-TDE.

Obecnie odkryto dwa zdarzenia kandydujące, choć autorzy nie mogą wykluczyć, że są to zwykłe TDE. Jak w przypadku każdego jeszcze nieobserwowanego zjawiska, potrzeba więcej pracy teoretycznej, aby mieć pewność, że będziemy w stanie zidentyfikować mikro-TDE, gdy je znajdziemy.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Czarna dziura wyrzuca gwiezdne szczątki

Ujawniono ogólną strukturę gwiazdy neutronowej

Teleskop Webba wykonał swoje pierwsze zdjęcie egzoplanety