Een ster die te dicht bij het superzware zwarte gat in het centrum van zijn melkwegstelsel afdwaalt, wordt verscheurd door de zwaartekracht van het zwarte gat in een gewelddadige catastrofe die een getijdenverstoringsgebeurtenis (TDE) wordt genoemd. het produceren van een heldere uitbarsting van straling. Een nieuwe studie onder leiding van theoretische astrofysici van het Niels Bohr Institute van de Universiteit van Kopenhagen en UC Santa Cruz biedt een uniform model dat recente waarnemingen van deze extreme gebeurtenissen verklaart.

De doorbraakstudie, gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven , biedt een nieuw theoretisch perspectief voor een snelgroeiend onderzoeksveld.

"Pas in het laatste decennium of zo zijn we in staat geweest om TDE's te onderscheiden van andere galactische fenomenen, en het nieuwe model zal ons het basiskader bieden om deze zeldzame gebeurtenissen te begrijpen, " zei co-auteur Enrico Ramirez-Ruiz, professor en voorzitter van astronomie en astrofysica aan UC Santa Cruz en Niels Bohr Professor aan de Universiteit van Kopenhagen.

In de meeste sterrenstelsels, het centrale zwarte gat is in rust, geen actief materiaal verbruiken en dus geen licht uitstralen. Getijdenverstoringen zijn zeldzaam, gebeurt slechts ongeveer eens in de 10, 000 jaar in een typisch sterrenstelsel. Wanneer een ongelukkige ster uit elkaar wordt gescheurd, echter, het zwarte gat wordt een tijdje "overvoerd" met stellair afval en zendt intense straling uit.

"Het is interessant om te zien hoe materialen onder zulke extreme omstandigheden in het zwarte gat terechtkomen, " zei eerste auteur Jane Lixin Dai, assistent-professor aan de Universiteit van Kopenhagen, die de studie leidde. "Terwijl het zwarte gat het stellaire gas opeet, er komt een enorme hoeveelheid straling vrij. De straling is wat we kunnen waarnemen, en door het te gebruiken, kunnen we de fysica begrijpen en de eigenschappen van het zwarte gat berekenen. Dit maakt het uitermate interessant om op jacht te gaan naar getijdenverstoringen."

Hoewel dezelfde fysica naar verwachting zal optreden bij alle getijdenverstoringen, waarvan er tot nu toe ongeveer twee dozijn zijn waargenomen, de waargenomen eigenschappen van deze gebeurtenissen hebben grote variatie getoond. Sommige zenden voornamelijk röntgenstraling uit, terwijl andere voornamelijk zichtbaar en ultraviolet licht uitstralen. Theoretici hebben geworsteld om deze diversiteit te begrijpen en verschillende stukjes van de puzzel samen te voegen tot een coherent model.

Kijk hoek

Bij het nieuwe model het is de kijkhoek van de waarnemer die de verschillen in de waarnemingen verklaart. Sterrenstelsels zijn willekeurig georiënteerd ten opzichte van de gezichtslijn van waarnemers op aarde, die verschillende aspecten van een getijdenverstoring zien, afhankelijk van de oriëntatie ervan.

"Het is alsof er een sluier is die een deel van een beest bedekt, " legde Ramirez-Ruiz uit. "Vanuit sommige hoeken zien we een blootgesteld beest, maar vanuit andere hoeken zien we een bedekt beest. Het beest is hetzelfde, maar onze perceptie is anders."

Het door Dai en haar medewerkers ontwikkelde model combineert elementen uit de algemene relativiteitstheorie, magnetische velden, straling, en gashydrodynamica. Het laat zien wat astronomen kunnen verwachten als ze vanuit verschillende hoeken naar getijdenverstoringen kijken. waardoor onderzoekers verschillende gebeurtenissen in een coherent kader kunnen passen.

Onderzoeksprojecten die voor de komende jaren zijn gepland, zullen naar verwachting veel meer gegevens opleveren over getijdenverstoringen en zullen dit onderzoeksgebied aanzienlijk helpen uitbreiden, volgens Dai. Deze omvatten het voorbijgaande onderzoek van Young Supernova Experiment (YSE), geleid door het DARK Cosmology Center van het Niels Bohr Institute en UC Santa Cruz, en de Large Synoptic Survey Telescopes die in Chili worden gebouwd.

"We zullen in een paar jaar honderden tot duizenden getijdenverstoringen waarnemen. Dit zal ons veel 'laboratoria' geven om ons model te testen en het te gebruiken om meer te begrijpen over zwarte gaten, ' zei Dai.

Naast Dai en Ramirez-Ruiz, de co-auteurs zijn onder andere Jonathan McKinney, Nathaniel Roth, en Cole Miller aan de Universiteit van Maryland, Collegepark. State-of-the-art computerhulpmiddelen werden gebruikt om de puzzel op te lossen, en de simulaties zijn uitgevoerd door Dai en Roth op het onlangs verworven grote computercluster, mogelijk gemaakt door een subsidie ​​van de Villum Foundation voor Jens Hjorth, hoofd van DARK Kosmologisch Centrum, evenals clusters gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation en NASA.