I figuren ser vi ett tvärsnitt av vad som händer när materialet från den störda stjärnan slukas av det svarta hålet. En ackretionsskiva bildas (skiva) av materialet. Det finns för mycket material för att det ska kunna passera in i det svarta hålet på en gång. Det värms upp i processen och avger enorma mängder ljus och strålning, synlig från jorden (dubbelpil). Dr Jane Dais datormodell tar hänsyn till skillnaden i betraktningsvinkel från jorden, vilket innebär att vi nu kan kategorisera variationerna i observationer korrekt. Detta betyder att vi kan studera egenskaperna hos det svarta hålet, och lär dig om en himlakropp som vi annars inte skulle kunna se. Upphovsman:Niels Bohr Institute
En stjärna som vandrar för nära det supermassiva svarta hålet i mitten av sin galax kommer att slitas isär av det svarta hålets gravitation i en våldsam katastrof som kallas tidvattenavbrottshändelse (TDE), producerar en stark strålning. En ny studie ledd av teoretiska astrofysiker vid Köpenhamns universitets Niels Bohr Institute och UC Santa Cruz ger en enhetlig modell som förklarar de senaste observationerna av dessa extrema händelser.
Genombrottsstudien, publicerad i Astrofysiska tidskriftsbrev , ger ett nytt teoretiskt perspektiv för ett snabbt växande forskningsfält.
"Först under det senaste decenniet eller så har vi kunnat skilja TDE från andra galaktiska fenomen, och den nya modellen kommer att ge oss den grundläggande ramen för att förstå dessa sällsynta händelser, " sa medförfattaren Enrico Ramirez-Ruiz, professor och ordförande i astronomi och astrofysik vid UC Santa Cruz och Niels Bohr professor vid Köpenhamns universitet.
I de flesta galaxer, det centrala svarta hålet är stilla, inte aktivt förbrukar något material och därför inte avger något ljus. Tidvattenstörningar är sällsynta, händer bara ungefär en gång var 10, 000 år i en typisk galax. När en olycklig stjärna slits isär, dock, det svarta hålet "övermatas" med stjärnskräp ett tag och avger intensiv strålning.
"Det är intressant att se hur material tar sig in i det svarta hålet under så extrema förhållanden, " sa första författaren Jane Lixin Dai, biträdande professor vid Köpenhamns universitet, som ledde studien. "När det svarta hålet äter upp stjärngasen, en stor mängd strålning sänds ut. Strålningen är vad vi kan observera, och med hjälp av det kan vi förstå fysiken och beräkna det svarta hålets egenskaper. Detta gör det extremt intressant att gå på jakt efter tidvattenstörningar."
Medan samma fysik förväntas inträffa i alla tidvattenavbrottshändelser, av vilka cirka två dussin har observerats hittills, de observerade egenskaperna hos dessa händelser har visat stor variation. Vissa avger mestadels röntgenstrålar, medan andra avger mestadels synligt och ultraviolett ljus. Teoretiker har kämpat för att förstå denna mångfald och sätta ihop olika pusselbitar till en sammanhängande modell.
Betraktningsvinkel
I den nya modellen, det är betraktarens betraktningsvinkel som står för skillnaderna i observationerna. Galaxer är slumpmässigt orienterade i förhållande till siktlinjen för observatörer på jorden, som ser olika aspekter av en tidvattenstörning beroende på dess orientering.
"Det är som att det finns en slöja som täcker en del av ett odjur, ", förklarade Ramirez-Ruiz. "Från vissa vinklar ser vi ett exponerat odjur, men från andra vinklar ser vi ett täckt odjur. Odjuret är detsamma, men våra uppfattningar är olika."
Modellen utvecklad av Dai och hennes medarbetare kombinerar element från allmän relativitetsteori, magnetiska fält, strålning, och gashydrodynamik. Den visar vad astronomer kan förvänta sig att se när de tittar på tidvattenavbrott från olika vinklar, tillåta forskare att passa in olika händelser i en sammanhängande ram.
Undersökningsprojekt som planeras under de närmaste åren förväntas ge mycket mer data om tidvattenstörningar och kommer att bidra till att kraftigt expandera detta forskningsfält, enligt Dai. Dessa inkluderar övergående undersökningen Young Supernova Experiment (YSE), leds av DARK Cosmology Center vid Niels Bohr Institute och UC Santa Cruz, och de stora synoptiska undersökningsteleskopen som byggs i Chile.
"Vi kommer att observera hundratals till tusentals tidvattenstörningar inom några år. Detta kommer att ge oss många "laboratorier" för att testa vår modell och använda den för att förstå mer om svarta hål, " sa Dai.
Förutom Dai och Ramirez-Ruiz, medförfattarna inkluderar Jonathan McKinney, Nathaniel Roth, och Cole Miller vid University of Maryland, College Park. Toppmoderna beräkningsverktyg användes för att lösa pusslet, och simuleringarna utfördes av Dai och Roth på det nyligen förvärvade stora datorklustret som möjliggjorts av ett anslag från Villum Foundation för Jens Hjorth, chef för DARK Cosmology Centre, samt kluster finansierade av U.S. National Science Foundation och NASA.
