Fizikçilerden oluşan bir ekip, bir yıldızın süper kütleli bir kara delik etrafındaki şaşırtıcı yörüngesini haritalandıran bir model tasarlar.

Yüz milyonlarca ışıkyılı uzaklıkta, uzak bir galakside, süper kütleli bir kara deliğin yörüngesinde dönen bir yıldız, kara deliğin muazzam çekim kuvveti altında şiddetli bir şekilde parçalanıyor. Yıldız parçalanırken, kalıntıları, kara deliğin etrafında dönen çok sıcak, çok parlak bir malzeme diski oluşturmak için kara deliğin üzerine geri yağan bir enkaz akışına dönüşür, buna birikim diski denir. Bir yıldızın süper kütleli bir kara delik tarafından yok edildiği ve parlak bir toplanma parlamasını körüklediği bu fenomen, gelgit bozulma olayı (TDE) olarak bilinir ve TDE’lerin belirli bir galakside kabaca her 10.000 ila 100.000 yılda bir meydana geldiği tahmin edilmektedir.

Kısa süreler için (aylar ila yıllar) tüm galaksileri aşan parlaklıklarla (yani, Güneşimizden milyarlarca kat daha parlak) yığılma olayları, astrofizikçilerin süper kütleli kara delikleri (SMBH’ler) kozmolojik mesafelerden incelemesine olanak tanıyarak merkezi bölgelere bir pencere sağlar. aksi takdirde hareketsiz veya uykuda olan galaksilerin. TDE’ler, Einstein’ın genel görelilik teorisinin maddenin nasıl davrandığını belirlemede kritik öneme sahip olduğu bu güçlü yerçekimi olaylarını araştırarak, evrendeki en aşırı ortamlardan biri hakkında bilgi verir: olay ufku – bir kara deliğin geri dönüşü olmayan noktası -. .

TDE’ler genellikle “bir kez yapılır” çünkü SMBH’nin aşırı yerçekimi alanı yıldızı yok eder, bu da SMBH’nin toplanma parlamasını takiben tekrar karanlığa dönüştüğü anlamına gelir. Bununla birlikte, bazı durumlarda, yıldızın yüksek yoğunluklu çekirdeği, SMBH ile yerçekimi etkileşiminden sağ çıkarak kara deliğin yörüngesinde birden fazla kez dönmesine izin verebilir. Araştırmacılar buna tekrar eden kısmi TDE diyorlar.

Baş yazar Thomas Wevers, European Southern Observatory Üyesi ve ortak yazarlar Syracuse Üniversitesi’nde fizik profesör yardımcısı Eric Coughlin ve MIT’nin Kavli Astrofizik Enstitüsü’nde araştırma bilimcisi olan Dheeraj R. “DJ” Pasham’ın da dahil olduğu bir fizikçi ekibi ve Space Research, tekrar eden bir kısmi TDE için bir model önerdiler. Bulguları, yayınlanan Astrofizik Dergi Mektupları, yıldızın bir SMBH tarafından yakalanmasını, yıldız kara deliğe her yaklaştığında malzemenin sıyrılmasını ve malzemenin sıyrılması ile kara deliği tekrar beslemesi arasındaki gecikmeyi tanımlayın. Ekibin çalışması, gözlemleri açıklamak, uzak bir galaksideki bir yıldızın yörüngesel özellikleri hakkında tahminler yapmak ve kısmi gelgit bozulma sürecini anlamak için tekrar eden bir kısmi TDE’nin ayrıntılı bir modelini geliştiren ve kullanan ilk çalışmadır.

Ekip, AT2018fyk (AT, Astrophysical Transient anlamına gelir) olarak bilinen bir TDE üzerinde çalışıyor. Yıldız, bir SMBH tarafından, “Tepelerin yakalanması” olarak bilinen bir değişim süreciyle yakalandı; burada yıldız, başlangıçta yerçekimi alanı tarafından parçalanan bir ikili sistemin (karşılıklı yerçekimi altında birbirinin yörüngesinde dönen iki yıldız) parçasıydı. Kara delik. Diğer (yakalanmamış) yıldız, hiper hızlı yıldız olarak bilinen ~1000 km/s ile karşılaştırılabilir hızlarda galaksinin merkezinden fırlatıldı.

SMBH’ye bağlandıktan sonra, AT2018fyk’den gelen emisyona güç veren yıldız, kara delikle en yakın yaklaşma noktasından her geçişinde defalarca dış kabuğundan sıyrıldı. Yıldızın sıyrılmış dış katmanları, araştırmacıların uzak galaksilerden gelen ışığı gözlemleyen X-Ray ve Ultraviyole/Optik teleskopları kullanarak inceleyebilecekleri parlak toplanma diskini oluşturur.

Wevers’e göre, kısmi bir TDE’yi inceleme fırsatına sahip olmak, süper kütleli karadeliklerin varlığına ve galaksilerin merkezlerindeki yıldızların yörünge dinamiklerine dair benzeri görülmemiş bir fikir veriyor.

“Şimdiye kadar, bir yıldız ile süper kütleli bir kara delik arasındaki yakın karşılaşmanın sonuçlarını gördüğümüzde, sonucun yıldız için ölümcül olacağı, yani yıldızın tamamen yok olacağı varsayımı vardı” diyor. “Ancak bildiğimiz tüm diğer TDE’lerin aksine, birkaç yıl sonra teleskoplarımızı tekrar aynı yere çevirdiğimizde, yeniden parladığını gördük. ilk karşılaşmadan sağ çıktı ve yeniden parlatma aşamasını açıklayan bir kez daha malzemeden sıyrılmak üzere aynı yere geri döndü.

Başka Bir Gün Ölmek İçin Yaşamak

İlk olarak 2018’de tespit edilen AT2018fyk, başlangıçta sıradan bir TDE olarak algılanıyordu. MIT fizikçisi Dheeraj R. Pasham, yaklaşık 600 gün boyunca kaynak X-ışınında parlak kaldı, ancak sonra aniden karardı ve tespit edilemez hale geldi – yıldız kalıntısı çekirdeğinin bir kara deliğe dönmesinin bir sonucu olarak.

Pasham, “Çekirdek kara deliğe geri döndüğünde, esasen yerçekimi yoluyla kara delikten tüm gazı çalar ve sonuç olarak birikecek hiçbir madde kalmaz ve bu nedenle sistem kararır” diyor.

AT2018fyk’nin parlaklığında ani düşüşe neyin sebep olduğu hemen anlaşılamadı, çünkü TDE’ler emisyonlarında normalde -aniden değil- sorunsuz ve kademeli olarak bozuluyor. Ancak düşüşten yaklaşık 600 gün sonra, kaynağın yine X-ışını parlaklığı olduğu bulundu. Bu, araştırmacıları, yıldızın SMBH ile ilk kez yakın karşılaşmasında hayatta kaldığını ve kara deliğin yörüngesinde olduğunu önermeye yöneltti.

Ayrıntılı modelleme kullanan ekibin bulguları, yıldızın kara delik etrafındaki yörünge periyodunun kabaca 1.200 gün olduğunu ve yıldızdan dökülen malzemenin kara deliğe geri dönüp toplanmaya başlamasının yaklaşık 600 gün sürdüğünü gösteriyor. Modelleri ayrıca yakalanan yıldızın boyutunu da kısıtladı, ki bunun güneş büyüklüğünde olduğuna inanıyorlar. Orijinal ikiliye gelince, ekip, iki yıldızın kara delik tarafından parçalanmadan önce birbirine son derece yakın olduğuna ve muhtemelen birkaç günde bir birbirlerinin yörüngesinde döndüklerine inanıyor.

Öyleyse bir yıldız ölümle karşılaştığında nasıl hayatta kalabilir? Her şey bir yakınlık ve yörünge meselesine bağlı. Yıldız kara delikle kafa kafaya çarpışır ve olay ufkunu (kara delikten kaçmak için gereken hızın ışık hızını geçtiği eşik) geçerse, yıldız kara delik tarafından tüketilir. Yıldız kara deliğin çok yakınından geçer ve “gelgit yarıçapı” denen -deliğin gelgit kuvvetinin yıldızı bir arada tutan yerçekimi kuvvetinden daha güçlü olduğu yer- geçerse, yıldız yok olur. Önerdikleri modelde, yıldızın yörüngesi, gelgit yarıçapının hemen dışında olan, ancak onu tamamen kesmeyen en yakın yaklaşma noktasına ulaşır: yıldız yüzeyindeki malzemenin bir kısmı kara delik tarafından sıyrılır, ancak merkezindeki malzeme bozulmadan kalır.

Tekrar Performansı mı?

Yıldızın SMBH’nin yörüngesinde dönmesi sürecinin tekrarlanan birçok pasajda nasıl gerçekleşebileceği veya olup olmadığı, ekibin gelecekteki simülasyonlarla araştırmayı planladığı teorik bir sorudur. Syracuse fizikçisi Eric Coughlin, yıldızın kütlesinin %1 ila %10’unun karadelikten her geçişinde kaybolduğunu tahmin ettiklerini açıklıyor.

Coughlin, “Kütle kaybı yalnızca %1 düzeyindeyse, o zaman yıldızın daha birçok karşılaşmada hayatta kalmasını bekleriz, oysa %10’a yakınsa, yıldız çoktan yok olmuş olabilir” diyor Coughlin.

TDE Araştırmasının Geleceği

Ekip, tahminlerini test etmek için önümüzdeki yıllarda gözlerini gökyüzünden ayırmayacak. Modellerine dayanarak, kaynağın Mart 2023 civarında aniden kaybolacağını ve 2025’te yeni sıyrılan malzeme kara deliğin üzerine yığıldığında yeniden parlayacağını tahmin ediyorlar.

Ekip, çalışmalarının geçmişte tespit edilen takip kaynaklarını izlemek ve izlemek için yeni bir yol sunduğunu söylüyor. Çalışma aynı zamanda, dış galaksilerin merkezlerinden tekrarlanan parlamaların kaynağı için yeni bir paradigma öneriyor.

“Gelecekte, daha fazla sistemin geç patlamalar için kontrol edilmesi muhtemeldir, özellikle de şimdi bu proje, yıldızın dinamik bir değişim süreci ve ardından gelen tekrarlanan kısmi gelgit bozulması yoluyla yakalanmasının teorik bir resmini ortaya koyduğu için.” diyor Coughlin. “Bu modelin, uzaktaki süper kütleli kara deliklerin özelliklerini anlamak ve belirli bir kütle aralığındaki kara deliklerin sayısı olan” demografi “hakkında doğrudan elde edilmesi zor olan kara deliklerin sayısını anlamak için kullanılabileceğini umuyoruz.”

Ekip, modelin ayrıca gelgit bozulma süreci hakkında birkaç test edilebilir tahminde bulunduğunu ve AT2018fyk gibi sistemlerin daha fazla gözlemlenmesiyle, kısmi gelgit bozulma olaylarının fiziği ve süper kütleli kara deliklerin etrafındaki aşırı ortamlar hakkında fikir vermesi gerektiğini söylüyor.

Pasham, “Bu çalışma, dış galaksilerdeki süper kütleli kara deliklerin bir sonraki atıştırma zamanlarını potansiyel olarak tahmin etmek için metodolojiyi özetliyor” diyor. “Düşünürseniz, Dünya’da nasıl beslenip büyüdüklerini anlamak için teleskoplarımızı milyonlarca ışıkyılı uzaklıktaki karadeliklere hizalayabilmemiz oldukça dikkat çekici.”