Nuove informazioni su uno degli ambienti più estremi dell’universo

Le stelle che interagiscono con i buchi neri supermassicci (SMBH) possono essere completamente o parzialmente distrutte dalle maree. Mentre alcuni degli eventi di disturbo di marea (TDE) identificati fino ad oggi hanno mostrato un comportamento così a lungo termine, una parte significativa mostra una diversa evoluzione della curva di luce, che in alcuni casi è completamente disaccoppiata dal tasso di declino complessivo.

In un nuovo studio, un team di fisici della Syracuse University descrive la cattura di una stella da parte di un SMBH, lo stripping della materia ogni volta che la stella si avvicina al buco nero e il ritardo tra il momento in cui il materiale viene spogliato e il momento in cui si verifica. Alimenta di nuovo il buco nero.

I fisici hanno sviluppato e utilizzato un modello dettagliato di ricorrenza TDE parziale. Il modello mappa l’orbita di una stella sorprendente attorno a un buco nero supermassiccio e rivela nuove informazioni su uno degli ambienti più estremi dell’universo.

Con questo modello, gli scienziati possono spiegare le osservazioni TDE e fare previsioni sulle proprietà orbitali di una stella in una galassia lontana. Li aiuta anche a comprendere il processo di parziale disturbo delle maree.

In particolare, i fisici hanno studiato un TDE noto come AT2018fyk. TDE AT 2018fyk ha mostrato un ripristino anomalo sia nella banda ultravioletta che in quella dei raggi X a luminosità entro un fattore 10 dei valori di picco, il che non ha precedenti nelle osservazioni TDE.

Il modello ha mostrato che questo comportamento era dovuto al fatto che il bagliore iniziale era stato causato dalla rottura parziale di una stella che faceva parte di un sistema binario. La stella parzialmente triturata è stata catturata dall’SMBH attraverso un processo di scambio noto come “cattura della cresta”, in cui la stella era originariamente parte di un sistema binario (due stelle in orbita l’una rispetto all’altra sotto l’influenza della gravità reciproca) che è stato lacerato gravitazionalmente. campo del buco nero. L’altra stella (non catturata) è stata espulsa dal centro galattico a velocità paragonabili a circa 1.000 km/s ed è nota come stella iperveloce.

La stella che guidava l’emissione di AT2018fyk era precedentemente collegata all’SMBH, ma ogni volta che passava vicino al buco nero veniva ripetutamente spogliata del suo guscio esterno. I ricercatori possono studiare il disco di accrescimento luminoso, che consiste negli strati esterni spogliati della stella, utilizzando telescopi a raggi X, ultravioletti e ottici che osservano la luce proveniente da galassie lontane.

L’autore principale Thomas Weavers, membro dell’Osservatorio europeo meridionale, ha dichiarato: “L’opportunità di studiare il TDE parziale ricorrente fornisce una visione senza precedenti dell’esistenza di buchi neri supermassicci e delle dinamiche orbitali delle stelle nei centri galattici”.

“Fino ad ora, l’ipotesi era che quando vedremo le conseguenze di un incontro ravvicinato tra una stella e un buco nero supermassiccio, il risultato sarà la fatalità per la stella, cioè la distruzione della stella. Ma a differenza di tutti gli altri TDE sappiamo che, quando abbiamo puntato i nostri telescopi nella stessa posizione molti anni dopo, abbiamo scoperto che era di nuovo illuminata, il che ci ha portato a suggerire che invece di essere un assassino, una parte della stella è sopravvissuta all’incontro iniziale e tornato nello stesso luogo per essere nuovamente spogliato del materiale, indicando una fase di rianimazione.”

Il fisico del MIT Dheeraj R. Egli ha detto: “Non è stato immediatamente chiaro cosa abbia causato il brusco calo di luminosità di AT2018fyk, perché il TDE di solito decade dolcemente e gradualmente, non bruscamente, nella sua emissione. Ma circa 600 giorni dopo il calo, la sorgente è stata di nuovo luminosa X- Ciò ha portato i ricercatori a suggerire che la stella sia sopravvissuta al suo incontro ravvicinato con l’SMBH la prima volta e che fosse in orbita attorno al buco nero”.

I risultati completi della modellazione del team indicano che l’orbita della stella attorno al buco nero ha un periodo di circa 1.200 giorni e che il materiale espulso dalla stella impiega circa 600 giorni per tornare nel buco nero e iniziare ad accumularsi. La dimensione della stella catturata era, secondo il loro modello, circa la dimensione del Sole, anch’essa limitata. Per quanto riguarda il binario originale, il team ritiene che le due stelle abbiano probabilmente orbitato l’una intorno all’altra ogni pochi giorni prima di essere squarciate dal buco nero.

Quindi come può una stella sopravvivere alla morte?

È a causa della vicinanza e del percorso. La stella verrà risucchiata nel buco nero se si scontra con esso frontalmente e raggiunge l’orizzonte degli eventi, il punto oltre il quale è impossibile scappare alla velocità della luce. Una stella verrà annientata se si avvicina troppo al buco nero e attraversa il suo “raggio di marea”, la distanza oltre la quale la gravità del buco supera la forza della stella.

Nel loro modello proposto, l’orbita della stella attraversa parzialmente il raggio di marea nel punto di massimo avvicinamento, ma non completamente. Questo perché parte del materiale sulla superficie stellare viene strappato via dal buco nero, ma il materiale al suo centro rimane intatto.

gli studiosi hanno notato, Lo studio offre un nuovo modo per tracciare e monitorare le fonti di follow-up che sono state scoperte in passato. Il lavoro propone anche un nuovo modello per l’origine dei frequenti bagliori dai centri delle galassie esterne”.

Il fisico di Siracusa Eric Coughlin SpiegareE “In futuro, è probabile che più sistemi saranno sottoposti a screening per brillamenti tardivi, soprattutto ora che questo progetto ha presentato un quadro teorico della cattura delle stelle attraverso il processo di scambio dinamico e la conseguente parziale perturbazione delle maree. Ci auguriamo che questo modello possa essere utilizzato per dedurre le caratteristiche dei buchi neri supermassicci distanti e comprendere la loro “demografia”, che rappresenta il numero di buchi neri all’interno di un dato intervallo di massa, che sarebbe altrimenti difficile da ottenere.”

Il modello fa anche diverse previsioni verificabili sul processo di disturbo delle maree. Con più osservazioni di sistemi come AT2018fyk, dovrebbe fornire una panoramica della fisica degli eventi di perturbazione parziale delle maree e degli ambienti estremi intorno ai buchi neri supermassicci.

Riferimento rivista:

1. T. Wevers, ER Coughlin, et al. Live to Die Another Day: AT 2018fyk commemorato come un evento ricorrente di interruzione della marea. Lettere del diario astrofisico. DOI 10.3847/2041-8213/ac9f36