Физичарите открија нешто досега невидено во вселената: Ѕвезда преживеа блиска средба со смртта

Средбата помеѓу ѕвезда и црна дупка не мора да значи крај на ѕвездата, открива новото истражување.

Досега се претпоставуваше дека кога црна дупка ќе зароби ѕвезда, тоа значи нејзин крај, но научниците сега имаат модел кој сугерира дека тоа не мора секогаш да биде така, туку дека ѕвездата може да ја преживее средбата, додека губи дел од неговата обвивка, што резултира со силна светлина што потоа можат да ја детектираат телескопите и опсерваториите од земјата.

Вселенски настан во кој супермасивна црна дупка уништува ѕвезда, предизвикувајќи блескав акрециски одблесок (милијарди пати посветол од нашето Сонце) е познат како настан на нарушување на плимата и осеката. Научниците предвидуваат дека овие настани се случуваат еднаш на секои 10.000 до 100.000 години во дадена галаксија.

Нов модел

Меѓународен тим на физичари сега предложи модел за периодично делумно плимно нарушување. Нивните наоди, објавени во списанието Astrophysical Journal Letters, го опишуваат фаќањето на ѕвезда од супермасивна црна дупка, соголувањето на материјалот секој пат кога ѕвездата се приближува до црната дупка и доцнењето помеѓу кога материјалот ќе се соголи и кога ќе се урне во црната дупка. Тоа е дело на тим кој прв развил и користел детален модел на повторливи парцијални плимни нарушувања за да ги објасни набљудувањата, да ги предвиди орбиталните својства на ѕвезда во далечна галаксија и да го разбере процесот воопшто.

Гореспоменатиот тим на научници, вклучувајќи го соработникот на Европската јужна опсерваторија и водечки автор на студијата Томас Веверс, асистент професор по физика на Универзитетот Сиракуза и коавторот на студијата Ерик Кафлин, и Dheeraj R. „DJ“ Пашама, истражувач во Кавли Институтот за астрофизика и Истражување на вселената, забележано е плимно нарушување познато како AT2018fyk. Во овој настан, ѕвездата беше заробена од супермасивна црна дупка преку процес на размена познат како „заробување на ридовите“, каде што ѕвездата првично беше дел од бинарен систем (две ѕвезди кои орбитираат една околу друга под влијание на взаемна гравитациска привлечност), што за возврат беше растргнат од гравитационото поле на црната дупка. Нефатената ѕвезда на тој бинарен систем била исфрлена од центарот на галаксијата со брзина споредлива со околу 1000 km/s, што ја прави таканаречена ѕвезда со хипербрзина.

Уривање на претходните претпоставки за средба на ѕвезди со црни дупки

Од друга страна, заробената ѕвезда повеќе пати ја изгубила својата надворешна обвивка, секој пат кога ќе се доближила најблиску до таа супермасивна црна дупка. Соголените надворешни слоеви на ѕвездата формираат светол акрециски диск, кој истражувачите можат да го проучуваат со помош на рендгенски зраци и ултравиолетови/оптички телескопи кои ја набљудуваат светлината од далечните галаксии.

Способноста да се проучува делумното плимно нарушување обезбедува невиден увид во постоењето на супермасивни црни дупки и орбиталната динамика на ѕвездите во центрите на галаксиите, истакнува Веверс.

Досега се претпоставуваше дека кога ќе ги видиме последиците од блиската средба помеѓу ѕвезда и супермасивна црна дупка, исходот ќе биде фатален за ѕвездата, односно ѕвездата ќе биде целосно уништена. Но, за разлика од кое било друго плимно пореметување за кое знаеме, кога неколку години подоцна повторно ги насочивме нашите телескопи на истата локација, откривме дека ѕвездата повторно осветлила. Ова нè наведе да претпоставиме дека, наместо да биде убиена, дел од ѕвездата ја преживеала почетната средба и се вратила на истата локација за уште еднаш да биде одземена од материјалот, објаснувајќи ја фазата на релуминисценција, вели тој.

Историја на откривање

Првпат откриен во 2018 година, AT2018fyk првично беше сфатен како нормално плимно нарушување. Приближно 600 дена, изворот остана светол на сликата на рендген, но потоа одеднаш се затемни и не можеше да се открие. Не беше веднаш јасно што ја предизвикало осветленоста на AT2018fyk да опаѓа, бидејќи плимните нарушувања обично ја намалуваат нивната емисија непречено и постепено. Меѓутоа, околу 600 дена по падот на светлината, беше откриено дека изворот е повторно осветлен со рендген. Ова ги наведе истражувачите да претпостават дека ѕвездата преживеала блиска средба со супермасивна црна дупка за прв пат и била во орбитата околу црната дупка.

Користејќи детално моделирање, резултатите од студијата сугерираат дека орбиталниот период на ѕвездата околу црната дупка е приближно 1.200 дена и дека потребни се приближно 600 дена за материјалот исфрлен од ѕвездата да се врати во црната дупка и да почне да се акредитира. Нивниот модел, исто така, ја ограничи големината на снимената ѕвезда, за која веруваат дека е отприлика колку нашето Сонце.

Како една ѕвезда може да преживее средба со смртта?

Вистинското прашање што се поставува овде е всушност: како би можела ѕвездата да преживее допир со смртта? Одговорот се сведува на близината и траекторијата.

Ако ѕвездата директно се судрила со црна дупка и го помине хоризонтот на настани, прагот на кој брзината потребна за бегство од црната дупка ја надминува брзината на светлината, црната дупка едноставно би ја проголтала ѕвездата. Ако ѕвездата помине многу блиску до црна дупка и го премине таканаречениот „плимски радиус“, каде што плимната сила на дупката е посилна од гравитационата сила што ја држи ѕвездата заедно, таа ѕвезда целосно ќе се распадне. Меѓутоа, во моделот предложен од горенаведените научници, орбитата на ѕвездата ја достигнува точката на најблизок пристап, која е веднаш надвор од плимниот радиус, но не ја преминува целосно. Резултатот е дека дел од материјалот на површината на ѕвездата е одземен од црната дупка, но материјалот во центарот на ѕвездата остана недопрен.

Кафлин објаснува дека тимот проценил дека помеѓу 1 и 10 отсто од масата на ѕвездата се губи секој пат кога ќе помине блиску до црната дупка.

Ако загубата на маса е само на ниво од 1 процент, тогаш очекуваме ѕвездата да преживее уште многу средби, додека ако е поблиску до 10 проценти, ѕвездата може веќе да биде уништена, забележува Кафлин.

Нови набљудувања и предвидувања

За да ги тестираат своите предвидувања, научниците ќе го набљудуваат истиот извор во наредните години. Врз основа на нивниот сопствен модел, физичарите предвидуваат дека AT2018fyk нагло ќе избледи околу март 2023 година и повторно ќе се разгори кога свежо соголениот материјал ќе се акумулира на црната дупка во 2025 година.

Авторите на студијата велат дека нивниот модел, исто така, дава неколку проверливи предвидувања за процесот на плимско нарушување, и со повеќе набљудувања на системи како AT2018fyk, треба да обезбеди увид во физиката на настаните на делумно нарушување на плимата и екстремните средини на супермасивните црни дупки.

„Ако размислите за тоа, прилично е неверојатно што ние на Земјата можеме да ги усогласиме нашите телескопи со црните дупки оддалечени милиони светлосни години за да разбереме како тие се хранат и растат“, рече Пашам.