En ny modell utvecklad av astrofysiker vid University of California, Berkeley ger en detaljerad förklaring till de mystiska processer som inträffar när ett supermassivt svart hål uppslukar en stjärna och ger insikter om ödet för materia som faller in i dessa kosmiska giganter.

Händelsemodellen för tidvattenstörningar:

Modellen simulerar vad som är känt som en "tidvattenavbrottshändelse", där en stjärna som passerar för nära ett supermassivt svart hål slits isär av de intensiva gravitationskrafterna. Denna process genererar en ljus flare som kan observeras över det elektromagnetiska spektrumet, men de exakta mekanismerna bakom blossens emission och utveckling har förblivit oklara.

Den nya modellen, publicerad i tidskriften "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society", tar upp denna osäkerhet genom att införliva olika fysiska processer som inträffar under tidvattenavbrottshändelsen:

1. Stjärnavbrott och ackretionskivor: Modellen börjar med att stjärnans yttersta lager skalas bort och bildar en skräpström som spiralerar inåt mot det svarta hålet. Denna ström av material lägger sig sedan i en ansamlingsskiva runt det svarta hålet.

2. Stockar och termisk emission: När skräpströmmen faller mot det svarta hålet stöter den på starka stötar som värmer upp gasen till extremt höga temperaturer. Detta genererar intensiva termiska emissioner, vilket avsevärt bidrar till den observerade optiska och ultravioletta strålningen under tidvattenavbrottshändelsen.

3. Jetbildning och gammastrålning: Accretionskivan som bildas runt det svarta hålet är instabil och benägen att skjuta upp kraftfulla materiastrålar. Dessa strålar, som drivs av magnetiska krafter, producerar gammastrålning som ofta detekteras vid tidvattenavbrott. Modellen inkluderar detaljerade beräkningar av dessa jetbildnings- och utsläppsprocesser.

4. Diskutveckling och variation: Modellen spårar den tidsmässiga utvecklingen av accretionskivan när den genomgår betydande förändringar under tidvattenavbrottshändelsen. Skivans egenskaper, såsom densitet och temperatur, utvecklas, vilket leder till variationer i den observerade emissionen över tiden. Detta förklarar de observerade ljuskurvorna och de spektrala egenskaperna hos tidvattenstörningar.

Observationskonsekvenser och framtida tester:

Den nya modellen tillhandahåller ett omfattande ramverk som förklarar många av de observerade egenskaperna hos tidvattenavbrottshändelser, såsom ljusa flammor, variabel emission och observationer med flera våglängder. Den erbjuder också förutsägelser som kan testas genom ytterligare observationer och teoretiska studier:

1. Termalemissionssignaturer: Modellen förutsäger specifika termiska utsläppssignaturer som härrör från den chockade skräpströmmen, som skulle kunna upptäckas med framtida rymdbaserade observatorier.

2. Jet-egenskaper: Modellen gör förutsägelser om egenskaperna hos jetstrålar som skjuts upp under tidvattenstörningar, inklusive deras öppningsvinklar och livslängder, som kan undersökas med radio- och röntgenobservationer.

3. Disktillväxt och -variabilitet: Modellens förutsägelser om utvecklingen av accretionskivan kan testas ytterligare genom att övervaka tidvattenavbrottshändelser över tid och studera deras variabilitetsmönster.

Den nya modellen representerar ett betydande steg framåt i vår förståelse av tidvattenstörningar och ger värdefulla verktyg för att tolka framtida observationer av dessa fascinerande astrofysiska fenomen. Den belyser samspelet mellan gravitationsfysik och högenergiastrofysik i extrema miljöer nära supermassiva svarta hål.