Астрономы из университета Монаша внесли свой вклад в прорыв в понимании драматической судьбы звезд, которые находятся слишком близко к сверхмассивным черным дырам в центрах галактик. С помощью инновационного моделирования международная исследовательская группа, возглавляемая профессором Дэниелом Прайсом и бывшим студентом Дэвидом Липтаем из Школы физики и астрономии, запечатлела сложный процесс того, как эти звезды разрываются на части и поглощаются черными дырами, что позволило по-новому взглянуть на загадочное оптическое и ультрафиолетовое излучение, наблюдаемое во время этих катастрофических событий.
"Это первое самосогласованное моделирование того, как сверхмассивная черная дыра разрушает звезду в результате прилива, за которым следует эволюция образовавшихся обломков в течение года", - сказал профессор Прайс.
"Наше моделирование позволяет по-новому взглянуть на последние моменты жизни звезд вблизи сверхмассивных черных дыр", - сказал он.
"Фиксируя полную эволюцию обломков, мы можем попытаться связать результаты моделирования с растущим числом наблюдаемых событий, связанных с разрушением звезд, выявленных с помощью телескопов".
Исследование, опубликованное в журнале Astrophysical Journal Letters, является значительным шагом вперед в астрофизике, открывая новые возможности для изучения поведения вещества в экстремальных гравитационных полях и жизненных циклах звезд и черных дыр.
Когда звезда проходит слишком близко к сверхмассивной черной дыре, интенсивные гравитационные силы разрывают ее на части в процессе, известном как событие приливного разрушения (TDE). Обломки звезды образуют поток, который в конечном итоге питает черную дыру. Обломки звезды образуют вращающийся диск вокруг черной дыры, который испускает интенсивное излучение во всем электромагнитном спектре. Однако многие аспекты TDE остаются малоизученными.
Новое моделирование показывает, что этот мусор образует асимметричный пузырь вокруг черной дыры, перерабатывая энергию и создавая наблюдаемые кривые блеска с более низкими температурами, более слабой светимостью и скоростями газа 10 000-20 000 км/с.
"Исследование помогает объяснить несколько загадочных свойств наблюдаемых TDE", - сказал профессор Прайс. "Хорошей аналогией является человеческое тело: когда мы обедаем, температура нашего тела практически не меняется. Это происходит потому, что мы перерабатываем энергию, полученную во время обеда, в инфракрасные волны.
"С TDE все аналогично, мы в основном не видим, как черная дыра поглощает газ, потому что она поглощается материалом, который переизлучается на оптических длинах волн. Наше моделирование показывает, как происходит это поглощение".
Другие загадки, которые объясняются новыми моделированиями, включают:
- Почему приливные явления наблюдаются на оптических длинах волн, а не в рентгеновском диапазоне, где можно было бы ожидать появления рентгеновских лучей при аккреции в сверхмассивную черную дыру.
- Почему наблюдаемые температуры соответствуют фотосфере звезды, а не ожидаемому горячему аккреционному диску.
- Почему наблюдаемые события, связанные с разрушением звезд, слабее, чем ожидалось в моделях черных дыр, эффективно поглощающих вещество.
- Почему спектры наблюдаемых событий показывают, что вещество распространяется по направлению к нам со скоростью в несколько процентов от скорости света (10-20 000 км/с).
Исследовательская группа использовала усовершенствованный метод сглаженной гидродинамики частиц code Phantom, включающий общие релятивистские эффекты, для точного моделирования динамики звезды и обломков. Такой уровень детализации имеет решающее значение для описания сложных взаимодействий и процессов рассеяния энергии, которые происходят во время и после распада звезды.
"Полученные результаты подтверждают теоретическое существование оболочек Эддингтона, которые действуют как слой, перерабатывающий излучаемую энергию, что объясняет оптическое и ультрафиолетовое излучение, наблюдаемое во время TDE", - сказал профессор Прайс.
"Эта модель также предлагает потенциальное объяснение наблюдаемых различий в рентгеновских и оптических кривых освещенности в результате этих событий, предполагая, что эти расхождения могут объясняться различными углами обзора".
