Një ekip fizikantësh harton orbitën e një ylli rreth një vrime të zezë supermasive

Qindra miliona vite dritë larg në një galaktikë të largët, një yll që rrotullohet rreth një vrime të zezë supermasive po copëtohet me dhunë nën tërheqjen e pamasë gravitacionale të vrimës së zezë. Ndërsa ylli copëtohet, mbetjet e tij shndërrohen në një rrjedhë mbeturinash që bien përsëri mbi vrimën e zezë për të formuar një disk shumë të nxehtë, shumë të ndritshëm të materialit që rrotullohet rreth vrimës së zezë, i quajtur një disk grumbullimi. Ky fenomen – ku një yll shkatërrohet nga një vrimë e zezë supermasive dhe ushqen një shpërthim të ndritshëm të rritjes – njihet si një ngjarje e ndërprerjes së baticës (TDE), dhe parashikohet që TDE-të ndodhin afërsisht një herë në 10,000 deri në 100,000 vjet në një galaktikë të caktuar.

Me ndriçimin që tejkalon të gjitha galaktikat (d.m.th., miliarda herë më të shndritshme se Dielli ynë) për periudha të shkurtra kohore (muaj në vite), ngjarjet e grumbullimit u mundësojnë astrofizikanëve të studiojnë vrimat e zeza supermasive (SMBH) nga distancat kozmologjike, duke siguruar një dritare në rajonet qendrore. të galaktikave të tjera të qeta ose të fjetura. Duke hetuar këto ngjarje të gravitetit të fortë, ku teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit është kritike për përcaktimin se si sillet materia, TDE-të japin informacion për një nga mjediset më ekstreme në univers: horizontin e ngjarjeve – pikën pa kthim – të një vrime të zezë .

TDE-të zakonisht “bëhen një herë” sepse fusha ekstreme gravitacionale e SMBH shkatërron yllin, që do të thotë se SMBH zbehet përsëri në errësirë pas shpërthimit të akumulimit. Megjithatë, në disa raste, bërthama me densitet të lartë të yllit mund t’i mbijetojë ndërveprimit gravitacional me SMBH, duke e lejuar atë të rrotullohet rreth vrimës së zezë më shumë se një herë. Studiuesit e quajnë këtë një TDE të pjesshme të përsëritur.

Një ekip fizikantësh, duke përfshirë autorin kryesor Thomas Wevers, anëtar i Observatorit Jugor Evropian, dhe bashkëautorët Eric Coughlin, asistent profesor i fizikës në Universitetin e Sirakuzës dhe Dheeraj R. “DJ” Pasham, shkencëtar kërkimor në Institutin Kavli për Astrofizikë të MIT. dhe Kërkimi Hapësinor, kanë propozuar një model për një TDE të pjesshme të përsëritur. Gjetjet e tyre, të publikuara në Astrophysical Journal Letters, përshkruajnë kapjen e yllit nga një SMBH, zhveshjen e materialit sa herë që ylli i afrohet vrimës së zezë dhe vonesën ndërmjet momentit kur materiali zhvishet dhe kur ai ushqen të zezën. përsëri vrimë. Puna e ekipit është e para që zhvillon dhe përdor një model të detajuar të një TDE të pjesshme të përsëritur për të shpjeguar vëzhgimet, për të bërë parashikime rreth vetive orbitale të një ylli në një galaktikë të largët dhe për të kuptuar procesin e ndërprerjes së pjesshme të baticës.

Ekipi po studion një TDE të njohur si AT2018fyk (AT do të thotë Astrophysical Transient). Ylli u kap nga një SMBH përmes një procesi shkëmbimi të njohur si “Kapja e kodrave”, ku ylli fillimisht ishte pjesë e një sistemi binar (dy yje që rrotullohen rreth njëri-tjetrit nën tërheqjen e tyre reciproke gravitacionale) që u nda nga fusha gravitacionale e vrima e zezë. Ylli tjetër (i pa kapur) u hodh nga qendra e galaktikës me shpejtësi të krahasueshme me ~ 1000 km/s, i cili njihet si një yll me hipershpejtësi.

Pasi lidhet me SMBH, ylli që fuqizon emetimin nga AT2018fyk është hequr në mënyrë të përsëritur nga mbështjellja e tij e jashtme sa herë që kalon nëpër pikën e afrimit më të afërt me vrimën e zezë. Shtresat e jashtme të zhveshura të yllit formojnë diskun e ndritshëm të grumbullimit, të cilin studiuesit mund ta studiojnë duke përdorur teleskopë me rreze X dhe ultravjollcë/optikë që vëzhgojnë dritën nga galaktikat e largëta.

Sipas Wevers, të kesh mundësinë për të studiuar një TDE të pjesshme jep një pasqyrë të paprecedentë mbi ekzistencën e vrimave të zeza supermasive dhe dinamikën orbitale të yjeve në qendrat e galaktikave.

“Deri tani, supozimi ka qenë se kur shohim pasojat e një takimi të ngushtë midis një ylli dhe një vrime të zezë supermasive, rezultati do të jetë fatal për yllin, domethënë ylli është shkatërruar plotësisht,” thotë ai. “Por ndryshe nga të gjitha TDE-të e tjera që ne njohim, kur i drejtuam teleskopët tanë në të njëjtin vend përsëri disa vite më vonë, zbuluam se ai ishte rindritur përsëri. Kjo na bëri të propozonim që në vend që të ishte fatale, pjesë e yllit. i mbijetoi takimit fillestar dhe u kthye në të njëjtin vend për t’u hequr nga materiali edhe një herë, duke shpjeguar fazën e ri-ndriçimit.”

I zbuluar për herë të parë në 2018, AT2018fyk fillimisht u perceptua si një TDE e zakonshme. Për afërsisht 600 ditë, burimi qëndroi i ndritshëm në rrezet X, por më pas u errësua papritmas dhe ishte i pazbulueshëm – si rezultat i kthimit të bërthamës së mbetur yjor në një vrimë të zezë, shpjegon fizikani i MIT Dheeraj R. Pasham.

“Kur bërthama kthehet në vrimën e zezë, në thelb vjedh të gjithë gazin nga vrima e zezë nëpërmjet gravitetit dhe si rezultat nuk ka lëndë për t’u grumbulluar dhe kështu sistemi errësohet,” thotë Pasham.

Nuk ishte menjëherë e qartë se çfarë e shkaktoi rënien e mprehtë të shkëlqimit të AT2018fyk, sepse TDE-të normalisht prishen pa probleme dhe gradualisht – jo papritur – në emetimin e tyre. Por rreth 600 ditë pas rënies, burimi u zbulua përsëri të ishte i ndritshëm me rreze X. Kjo i bëri studiuesit të propozonin që ylli i mbijetoi takimit të ngushtë me SMBH herën e parë dhe ishte në orbitë rreth vrimës së zezë.

Duke përdorur modelim të detajuar, gjetjet e ekipit sugjerojnë se periudha orbitale e yllit rreth vrimës së zezë është afërsisht 1200 ditë dhe duhen afërsisht 600 ditë që materiali që derdhet nga ylli të kthehet në vrimën e zezë dhe të fillojë të grumbullohet. Modeli i tyre kufizoi gjithashtu madhësinë e yllit të kapur, për të cilin ata besojnë se ishte sa madhësia e diellit. Sa i përket binarit origjinal, ekipi beson se dy yjet ishin jashtëzakonisht afër njëri-tjetrit përpara se të copëtoheshin nga vrima e zezë, me gjasë që rrotulloheshin rreth njëri-tjetrit çdo disa ditë.

Pra, si mundet një yll të mbijetojë pas vdekjes? Gjithçka varet nga afërsia dhe trajektorja. Nëse ylli do të përplasej kokë më kokë me vrimën e zezë dhe do të kalonte horizontin e ngjarjeve – pragu ku shpejtësia e nevojshme për t’i shpëtuar vrimës së zezë tejkalon shpejtësinë e dritës – ylli do të konsumohej nga vrima e zezë. Nëse ylli kalonte shumë afër vrimës së zezë dhe kalonte të ashtuquajturën “rrezja e baticës” – ku forca e baticës së vrimës është më e fortë se forca gravitacionale që e mban yllin të bashkuar – ai do të shkatërrohej. Në modelin që ata kanë propozuar, orbita e yllit arrin një pikë të afrimit më të afërt që është pak jashtë rrezes së baticës, por nuk e kalon atë plotësisht: një pjesë e materialit në sipërfaqen e yjeve është zhveshur nga vrima e zezë, por materiali në qendër të tij mbetet i paprekur.

Si, ose nëse, procesi i yllit që rrotullohet rreth SMBH mund të ndodhë në shumë pasazhe të përsëritura është një pyetje teorike që ekipi planifikon ta hetojë me simulimet e ardhshme. Fizikani i Sirakuzës, Eric Coughlin, shpjegon se ata vlerësojnë se 1 deri në 10% e masës së yllit humbet sa herë që kalon vrimën e zezë, me diapazonin e madh për shkak të pasigurisë në modelimin e emetimit nga TDE.

“Nëse humbja e masës është vetëm në nivelin 1%, atëherë ne presim që ylli të mbijetojë për shumë takime të tjera, ndërsa nëse është më afër 10%, ylli mund të jetë shkatërruar tashmë,” vëren Coughlin.

Ekipi do t’i mbajë sytë drejt qiellit në vitet e ardhshme për të testuar parashikimet e tyre. Bazuar në modelin e tyre, ata parashikojnë që burimi do të zhduket papritur rreth marsit 2023 dhe do të shkëlqejë përsëri kur materiali i sapozhveshur të grumbullohet në vrimën e zezë në 2025.

Ekipi thotë se studimi i tyre ofron një mënyrë të re përpara për gjurmimin dhe monitorimin e burimeve përcjellëse që janë zbuluar në të kaluarën. Puna sugjeron gjithashtu një paradigmë të re për origjinën e ndezjeve të përsëritura nga qendrat e galaktikave të jashtme.

“Në të ardhmen, ka të ngjarë që më shumë sisteme të kontrollohen për shpërthime të kohëve të vona, veçanërisht tani që ky projekt paraqet një pamje teorike të kapjes së yllit përmes një procesi shkëmbimi dinamik dhe ndërprerjes së pjesshme të baticës që pason.” thotë Coughlin. “Ne shpresojmë se ky model mund të përdoret për të nxjerrë në pah vetitë e vrimave të zeza supermasive të largëta dhe për të kuptuar “demografinë” e tyre, duke qenë numri i vrimave të zeza brenda një diapazoni të caktuar masiv, i cili përndryshe është i vështirë të arrihet drejtpërdrejt.”

Ekipi thotë se modeli gjithashtu bën disa parashikime të testueshme në lidhje me procesin e ndërprerjes së baticës dhe me më shumë vëzhgime të sistemeve si AT2018fyk, ai duhet të japë një pasqyrë të fizikës së ngjarjeve të përçarjes së pjesshme të baticës dhe mjediseve ekstreme rreth vrimave të zeza supermasive.

“Ky studim përshkruan metodologjinë për të parashikuar potencialisht kohëzgjatjet e ardhshme të ushqimit të vrimave të zeza supermasive në galaktikat e jashtme,” thotë Pasham. “Nëse mendoni për këtë, është shumë e jashtëzakonshme që ne në Tokë mund t’i rreshtojmë teleskopët tanë me vrimat e zeza miliona vjet dritë larg për të kuptuar se si ato ushqehen dhe rriten.”