Svarta hål är bland de mest svårfångade föremålen i universum, men forskning från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) tyder på att de kvarvarande kärnorna av utbrända stjärnor kan vara nyckeln till att göra den första observationen av den mest svårfångade klassen av svarta hål.

Forskningen undersökte om en vilande vit dvärgstjärna - ibland kallad en "zombie"-stjärna - kunde återuppstå om den hade ett nära möte med ett svart hål med mellanmassa. Även om data finns för att bekräfta förekomsten av supermassiva svarta hål, det har inte gjorts några bekräftade observationer av svarta hål i mellanklassen, som varierar i storlek från 100 till 100, 000 solmassor. Denna mellanklass, forskargruppen ansåg, kan erbjuda precis rätt mängd gravitationskraft för att återupptända en vit dvärg innan den slits isär.

Teamet körde superdatorsimuleringar av dussintals olika nära mötesscenarier för att testa denna teori. Inte bara upptäckte de att ett nära möte skulle återuppta den en gång döda stjärnan, men de såg bevis på att processen kunde skapa betydande elektromagnetiska och gravitationsvågenergier som kan vara synliga från detektorer i en omloppsbana nära jorden. Forskningen publicerades i septembernumret av Astrofysisk tidskrift .

"Det var spännande att se att zombiestjärnan återuppstod i vart och ett av de nära mötesscenarierna vi tittade på, "sa LLNL -fysikern Peter Anninos, huvudförfattare på tidningen. "Men det som verkligen fångade min fantasi var tanken att dessa energiska händelser kunde vara synliga. Om stjärnorna stämmer in, så att säga, en zombie-stjärna kan fungera som en riktningsljus för en klass som aldrig tidigare upptäckts av svarta hål. "

Simuleringarna visade att stjärnmaterian smälte samman till olika mängder kalcium och järn, beroende på hur nära stjärnan passerade det svarta hålet. Ju närmare passet, desto effektivare nukleosyntes, och desto större järnproduktion. Allt sagt, forskningen tyder på att ett "optimalt" nära möte kan smälta upp till 60 procent av stjärnmaterialet till järn. Denna toppmassekonvertering ägde rum med en vit dvärg som passerade på ett avstånd av två eller tre svarta hålsradier.

"Sträckningsfenomenen kan vara mycket komplicerade, "sa LLNL -fysikern Rob Hoffman, medförfattare på papperet. "Tänk dig en sfärisk stjärna som närmar sig ett svart hål. När den närmar sig det svarta hålet, tidvattenkrafter börjar komprimera stjärnan i en riktning vinkelrät mot omloppsplanet, återuppliva den. Men inom omloppsplanet, dessa gravitationskrafter sträcker stjärnan och sliter isär den. Det är en konkurrerande effekt."

Tidigare forskning har simulerat tidvattenkrafter på vita dvärgstjärnor, men beräkningarna i denna studie är de första helt relativistiska simuleringarna som modellerar nukleosyntes i återantändande vita dvärgstjärnor. De är också de högsta upplösningssimuleringarna hittills av nukleosyntes inuti kärnan av en tidvattenavbruten vit dvärgstjärna, där de starkaste reaktionerna inträffar.

"Hela detta projekt möjliggjordes av våra sommarstudenter och postdoktorer, " sa Anninos. "Vi handlar om att utbilda nästa generation av fysiker, och den här typen av projekt ger tidiga karriärforskare chansen att sprida sina vingar och köra några tunga simuleringar."