I mitten av vår galax finns en Supermassive Black Hole (SMBH) känd som Skytten A. Baserat på pågående observationer har astronomer bestämt att denna SMBH mäter 44 miljoner km (27,34 miljoner mi) i diameter och har en uppskattad massa på 4,31 miljoner solmassor. Ibland kommer en stjärna att vandra för nära Sag A och rivas isär i en våldsam process som kallas en tidvattenstörningshändelse (TDE).
Dessa händelser orsakar frisättning av ljusa strålar av strålning, som låter astronomer veta att en stjärna har konsumerats. Tyvärr har astronomer i årtionden inte kunnat skilja dessa händelser från andra galaktiska fenomen. Men tack vare en ny studie från ett internationellt team av astrofysiker har astronomer nu en enhetlig modell som förklarar de senaste observationerna av dessa extrema händelser.
Studien - som nyligen dök upp i Astrofysiska tidskriftsbrev under titeln "En enhetlig modell för händelser i tidvattenstörningar" - leddes av Dr. Jane Lixin Dai, en fysiker vid Niels Bohr-institutets Dark Cosmology Center. Hon förenades av medlemmar från University of Marylands Joint Space-Science Institute och University of California Santa Cruz (UCSC).
Som Enrico Ramirez-Ruiz - professor och ordförande för astronomi och astrofysik vid UC Santa Cruz, Niels Bohr-professorn vid Köpenhamns universitet och en medförfattare på tidningen - förklarade i ett UCSC-pressmeddelande:
"Först under det senaste decenniet eller så har vi kunnat skilja TDE: er från andra galaktiska fenomen, och den nya modellen kommer att ge oss den grundläggande ramen för att förstå dessa sällsynta händelser."
I de flesta galaxer konsumerar SMBHs inte aktivt något material och avger därför inget ljus, vilket skiljer dem från galaxer som har Active Galactic Nuclei (AGNs). Händelser i tidvattenstörningar är därför sällsynta och inträffar endast en gång var tionde år i en typisk galax. Men när en stjärna blir sönder, resulterar det i att en intensiv mängd strålning frigörs. Som Dr. Dai förklarade:
”Det är intressant att se hur material tar sig in i det svarta hålet under så extrema förhållanden. När det svarta hålet äter den stella gasen, avges en enorm mängd strålning. Strålningen är vad vi kan observera, och med den kan vi förstå fysiken och beräkna svarthålets egenskaper. Detta gör det oerhört intressant att jaga efter tidvattenstörningar. ”
Under de senaste åren har några dussin kandidater för tidvattenstörningshändelser (TDE) upptäckts med hjälp av optiska och UV-övergående undersökningar såväl som röntgenteleskop. Medan fysiken förväntas vara densamma för alla TDE, har astronomer noterat att några olika klasser av TDE verkar existera. Medan vissa avger mest röntgenstrålar, avger andra mestadels synligt och ultraviolett ljus.
Som ett resultat har teoretiker kämpat för att förstå de olika egenskaper som observerats och skapa en sammanhängande modell som kan förklara dem alla. För sin modell kombinerade Dr. Dai och hennes kollegor element från allmän relativitet, magnetfält, strålning och gashyddynamik. Teamet förlitade sig också på moderna beräkningsverktyg och några nyligen förvärvade stora datorkluster finansierade av Villum Foundation för Jens Hjorth (chef för DARK Cosmology Center), U.S. National Science Foundation och NASA.
Med hjälp av den modell som resulterade, drog teamet slutsatsen att det är betraktarens synvinkel som redovisar skillnaderna i observation. I huvudsak orienteras olika galaxer slumpmässigt med avseende på observatörer på jorden, som ser olika aspekter av TDE: er beroende på deras orientering. Som Ramirez-Ruiz förklarade:
”Det är som det finns en slöja som täcker en del av ett djur. Från vissa vinklar ser vi ett utsatt djur, men från andra vinklar ser vi ett täckt djur. Djuret är detsamma, men våra uppfattningar är olika. ”
Under de kommande åren förväntas ett antal planerade undersökningsprojekt ge mycket mer data om TDE: er, vilket kommer att bidra till att utvidga forskningsområdet för detta fenomen. Dessa inkluderar Young Supernova Experiment (YSE) övergående undersökning, som kommer att ledas av DARK Cosmology Center vid Niels Bohr Institute och UC Santa Cruz, och de stora synoptiska undersökningsteleskopen (LSST) som byggs i Chile.
Enligt Dr. Dai visar den här nya modellen vad astronomer kan förvänta sig att se när man tittar på TDE från olika vinklar och gör att de kan passa olika händelser i en sammanhängande ram. "Vi kommer att observera hundratals till tusentals tidvattenstörningshändelser på några år," sade hon. "Detta kommer att ge oss en hel del" laboratorier "för att testa vår modell och använda den för att förstå mer om svarta hål."
Denna förbättrade förståelse för hur svarta hål ibland konsumerar stjärnor kommer också att ge ytterligare tester för allmän relativitet, gravitationsvågforskning och hjälpa astronomer att lära sig mer om galaxernas utveckling.
