Формирование диска в изэнтропическом моделировании (радиационно эффективное охлаждение) с вращающейся черной дырой (a = 0,99, θ = 60 °). Диск в этом случае формируется через 90 дней и подвергается дифференциальной прецессии, которая «разрывает» диск на независимые кольца. Источник: The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad6862.
Астрономы из Университета Монаша внесли свой вклад в понимание драматической судьбы звезд, которые приближаются слишком близко к сверхмассивным черным дырам в центре галактик.
Используя инновационное моделирование, международная исследовательская группа под руководством профессора Дэниела Прайса и бывшего студента Дэвида Липтая из Школы физики и астрономии уловила сложный процесс того, как эти звезды разрываются на части и поглощаются черными дырами. Это дает новое понимание загадочного оптического и ультрафиолетового излучения, наблюдаемого во время этих катастрофических событий.
«Это первая последовательная симуляция звезды, разрываемой сверхмассивной черной дырой под действием приливных сил приливного поля, с последующей эволюцией образовавшихся обломков в течение года». — сказал профессор Прайс.
«Наше моделирование дает новый взгляд на последние мгновения звезд вблизи сверхмассивных черных дыр», — сказал он.
«Зафиксировав всю эволюцию обломков, мы можем попытаться связать моделирование с растущим числом наблюдаемых событий разрушения звезд, выявленных с помощью телескопических исследований».
Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, представляет собой значительный прогресс в астрофизике и открывает новые возможности для изучения поведения материи в экстремальных гравитационных полях и жизненных циклов звезд и черных дыр.
Если звезда пройдет слишком близко к сверхмассивной черной дыре, ее разорвет на части сильные гравитационные силы. Этот процесс называется приливным разрушением (TDE). Обломки звезды образуют поток, который в конечном итоге питает черную дыру. Обломки звезды образуют вращающийся диск вокруг черной дыры, испуская интенсивное излучение во всем электромагнитном спектре. Однако многие аспекты TDE остаются плохо изученными.
Новое моделирование показывает, что этот мусор образует асимметричный пузырь вокруг черной дыры, перерабатывая энергию и создавая наблюдаемые кривые блеска с более низкими температурами, меньшей светимостью и скоростью газа от 10 000 до 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 не сильно меняется. Это потому, что мы преобразуем энергию обеда в инфракрасные волны.
«То же самое происходит и с TDE. Обычно мы не видим брюхо черной дыры, когда она поедает газ, потому что она задыхается от материала, который повторно излучает в оптических длинах волн. Наши симуляции показывают, как происходит это удушье».
Формирование диска в ядре оболочки при продолжении адиабатического моделирования с радиационно эффективным охлаждением. Мы возобновили адиабатические расчеты через год после перерыва, предполагая изэнтропическую эволюцию. Источник: The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad6862.
Другие загадки, объясненные новым моделированием, включают:
- Почему приливные течения наблюдаются на оптических длинах волн, а не на длинах волн рентгеновских лучей, в то время как рентгеновские лучи можно было бы ожидать в результате аккреции на сверхмассивную черную дыру.
- Почему наблюдаемые температуры больше соответствуют фотосфере звезды, чем ожидаемому горячему аккреционному диску.
- Почему наблюдаемые события разрушения звезд слабее, чем ожидалось на основе моделей, в которых черные дыры эффективно поедают материал.
- Почему спектры наблюдаемых событий показывают, что вещество движется к нам со скоростью в несколько процентов от скорости света (от 10 000 до 20 000 км/с).
Исследовательская группа использовала передовую гидродинамику гладких частиц Code Phantom и интегрированные общие релятивистские эффекты для точного моделирования динамики звезды и мусора. Этот уровень детализации имеет решающее значение для понимания сложных взаимодействий и процессов рассеяния энергии, которые происходят во время и после разрушения звезды.
«Результаты подтверждают теоретическое существование оболочек Эддингтона, которые действуют как слой обработки излучаемой энергии и объясняют оптическое и ультрафиолетовое излучение, наблюдаемое во время TDE». — сказал профессор Прайс.
«Эта модель также предлагает возможное объяснение наблюдаемых различий в рентгеновских и оптических кривых блеска этих событий и предполагает, что разные углы обзора могут вызвать эти несоответствия».
Информация от: Университетом Монаша
