Nieuw onderzoek door Chris Fragile, hoogleraar natuurkunde en astronomie van het College of Charleston, kan wetenschappers helpen meer te ontdekken over zwarte gaten met gemiddelde massa en de activiteiten eromheen.

Fragile's onderzoek, die binnenkort zal verschijnen in het Astrophysics Journal, betreft sterren of andere hemellichamen die te dicht bij een zwart gat komen, waardoor het object uit elkaar wordt gescheurd door de extreme getijdenkrachten van het zwarte gat. Tijdens dergelijke gewelddadige "getijdenverstoringen" (TDE's), het object dat wordt verstoord wordt tegelijkertijd uitgerekt en samengedrukt in tegengestelde richtingen. Als het object een witte dwergster is, wat de dode kern is van een zonachtige ster, de compressie kan voldoende zijn om kortstondig de kernfusie weer op gang te brengen, in zekere zin de witte dwerg weer tot leven brengen, al is het maar voor een paar seconden.

Om dit te laten gebeuren, zegt Fragiel, de witte dwerg moet relatief dicht (binnen de "getijdestraal") naar een tussenliggende massa zwart gat (IMBH), een over 1, 000 tot 10, 000 keer de massa van de zon. Dit komt omdat de grootte van een zwart gat (en zijn getijdenstraal) correleert met zijn massa. Als het zwarte gat te weinig massa heeft, de getijdenstraal is kleiner dan de grootte van de witte dwerg, dus het zwarte gat wordt aanvankelijk opgeslokt door de witte dwerg. Als het zwarte gat te veel massa heeft, het zal zo groot zijn dat de witte dwerg naar binnen zal gaan voordat de getijdenkrachten sterk genoeg worden om het te verstoren.

Terwijl grote aantallen "stellaire massa" en "superzware" zwarte gaten zijn ontdekt, Fragile zegt dat er momenteel weinig bewijs is voor hun tussenliggende neven en nichten.

"Het is belangrijk om te weten hoeveel zwarte gaten met gemiddelde massa er zijn, omdat dit zal helpen bij het beantwoorden van de vraag waar superzware zwarte gaten vandaan komen, ", zegt Fragile. "Het vinden van zwarte gaten met een gemiddelde massa door getijdenverstoringen zou een enorme vooruitgang zijn."

Getijdenverstoringen kunnen soms enorme elektromagnetische uitbarstingen en mogelijk detecteerbare zwaartekrachtgolfsignalen produceren. Zo ver, slechts een tiental ontdekkingen hebben de tekenen van een getijdeverstoring aangetoond, en geen van die dingen lijkt de verstoring van een witte dwerg te zijn. Hoe dan ook, zegt Breekbaar, deze evenementen zijn een primair doelwit van veel huidige en toekomstige missies, inclusief de All Sky Automated Survey voor SuperNovae (ASASSN), de Intermediate Palomar Transient Factory, en de Large Synoptic Survey Telescope (LSST).

Hoewel een deel van het materiaal dat van het verstoorde object is gerukt, uiteindelijk door het zwarte gat zal worden ingeslikt ("aangegroeid"), een aanzienlijk deel zal als ongebonden puin de omringende ruimte in worden geslingerd. Dit puin kan uiteindelijk worden opgenomen in toekomstige generaties sterren en planeten, dus de chemische samenstelling ervan kan belangrijke gevolgen hebben. De nucleaire verbranding die plaatsvindt tijdens de getijdenverstoring van een witte dwergster veroorzaakt significante veranderingen in zijn chemische samenstelling, het omzetten van het overwegend helium, koolstof, en zuurstof van een typische witte dwerg in elementen dichter bij ijzer op het periodiek systeem.

Getijdenverstoringen van witte dwergsterren door middelzware zwarte gaten worden nu bestudeerd met behulp van computersimulaties, zegt Fragiel. Eén zo'n reeks simulaties heeft bevestigd dat kernverbranding een veelvoorkomend resultaat is, met massaconversie-efficiënties tot 60 procent. De efficiëntie en de geproduceerde elementen zijn beide gevoelig afhankelijk van hoe dicht de witte dwerg bij het zwarte gat komt, met verder verwijderde benaderingen die bij voorkeur calcium produceren en dichtere benaderingen die ijzer produceren. De gesimuleerde verstoringen genereren ook korte uitbarstingen van zwaartekrachtgolven, van een frequentie en amplitude die met toekomstige instrumenten detecteerbaar zijn. Vanaf nu, dit zijn driedimensionale simulaties met de hoogste resolutie van getijdenverstoringen.

Dit onderzoek zal nuttig zijn bij het karakteriseren van toekomstige getijdenverstoringen en het plaatsen van beperkingen op de prevalentie van intermediaire zwarte gaten.