Światło spolaryzowane ujawnia ostateczny los gwiazdy „Spaghettied” przez czarną dziurę

Kiedy astronomowie po raz pierwszy zaobserwowali rozdrobnioną gwiazdę, czyli „spaghetti”, po zbliżeniu się bardzo blisko supermasywnej czarnej dziury w 2019 roku, ustalili, że duża część materii gwiazdy została wystrzelona na zewnątrz przez silne wiatry światła optycznego emitowanego przez eksplozję. . Teraz astronomowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley (UCB) przeanalizowali polaryzację tego światła, aby ustalić, że obłok był prawdopodobnie sferycznie symetryczny, dodając więcej dowodów na te silne wiatry.

„Po raz pierwszy ktokolwiek wywnioskował kształt obłoku gazu wokół gwiazdy pływowej” – powiedział. Współautor Alex Filippenko powiedział:, astronom UCB. Najnowsze wyniki pojawiły się w ostatni artykuł Opublikowane w miesięcznych zawiadomieniach Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.

tak jak my Wspomniałem wcześniej, obiekt przechodzący poza horyzont zdarzeń czarnej dziury – w tym światło – zostaje połknięty i nie może uciec, mimo że czarne dziury są również chaotycznymi zjadaczami. Oznacza to, że część substancji ciała jest już wydalona silnym strumieniem. Jeśli ten obiekt jest gwiazdą, wówczas proces jej rozdzierania (lub „rozrywania”) przez silne siły grawitacyjne czarnej dziury zachodzi poza horyzontem zdarzeń, a część pierwotnej masy gwiazdy zostaje gwałtownie wyrzucona na zewnątrz. Można to ukształtować obrotowy pierścień materiału, (znany jako Dysk akumulacyjny) wokół czarnej dziury emitujące silne promieniowanie rentgenowskie i światło widzialne. Dżety to jeden ze sposobów, w jaki astronomowie mogą pośrednio wnioskować o istnieniu czarnej dziury.

W 2018 roku astronomowie ogłosili pierwsze zdjęcie na żywo Opad z rozerwania gwiazdy przez czarną dziurę o masie 20 milionów mas naszego Słońca na parę zderzających się galaktyk Arp 299 150 milionów lat świetlnych od Ziemi. Rok później astronomowie zarejestrowali Ostateczne drgawki śmierci Gwiazda rozdarta przez supermasywną czarną dziurę w takim „zdarzenie zakłócenia pływowego(TDE), vel AT 2019qiz. Gwiazda, której mniej więcej połowa jej masy była zasilana lub akumulowana, pękła w czarną dziurę o masie miliona mas Słońca, a druga połowa została wyrzucona na zewnątrz.

Te potężne rozbłyski światła są często ukryte za zasłoną międzygwiazdowego pyłu i gruzu, co utrudnia astronomom ich bardziej szczegółowe badanie. Ale w 2019 r. qiz odkryto wkrótce po rozerwaniu gwiazdy w zeszłym roku, co ułatwia szczegółowe badanie, zanim w pełni uformowała się kurtyna pyłu i gruzu. Astronomowie przeprowadzili dalsze obserwacje w widmie elektromagnetycznym w ciągu następnych sześciu miesięcy, korzystając z wielu teleskopów na całym świecie. Obserwacje te dostarczyły pierwszych bezpośrednich dowodów na to, że gaz płynący podczas turbulencji i akumulacji wytwarza silne emisje świetlne i radiowe, które wcześniej zaobserwowano.

Astronomowie wiedzieli, że emitowane światło optyczne ma niewielką polaryzację 1 procent na podstawie obserwacji z 3-metrowego teleskopu Shin w Lake Observatory niedaleko San Jose w Kalifornii. W obserwatorium znajduje się spektrometr do określania polaryzacji światła optycznego. Światło może ulec polaryzacji po rozproszeniu elektronów w chmurze gazu. Ze względu na to, jak odległe jest to TDE, zwykle pojawia się jako tylko punkt świetlny, a polaryzacja jest jedną z niewielu właściwości, które wskazują na kształty obiektów.

według Współautor Kishore Patra, znaczna część światła emitowanego przez dysk akrecyjny rozpoczęłaby się w systemie rentgenowskim, ale gdy przeszło przez chmurę gazu, światło to nadal traciło energię z powodu różnych rozpraszań, absorpcji i reemisji, co ostatecznie doprowadziło do pojawia się w rządzącym fotosystemie. „Ostateczne rozpraszanie następnie określa stan polaryzacji fotonu” – powiedział Batra. „Tak więc, mierząc polaryzację, możemy wywnioskować geometrię powierzchni, na której następuje ostateczne rozproszenie”.

Na podstawie pomiarów polaryzacji z października 2019 r., które wykazały zerową polaryzację, naukowcy z Berkeley obliczyli, że światło pochodziło z kulistego obłoku o promieniu powierzchni około 100 jednostek astronomicznych (au), czyli około 100 razy większym niż orbita Ziemi. Jednak pomiary wykonane miesiąc później ujawniły 1-procentową polaryzację światła, wskazując, że obłok osłabł i przybrał lekką asymetrię.

„Ta obserwacja wyklucza klasę rozwiązań, które zostały zaproponowane teoretycznie i daje nam silniejsze ograniczenia dotyczące tego, co dzieje się z gazem wokół czarnej dziury” Batra powiedział. „Ludzie widzieli inne dowody na to, że wiatr wydobywa się z tych wydarzeń i myślę, że to badanie polaryzacji zdecydowanie wzmacnia ten dowód, w tym sensie, że nie uzyskasz geometrii sferycznej bez wystarczającej ilości wiatru. Ciekawym faktem jest to, że duża część materii w gwieździe A, która krąży spiralnie do wewnątrz, w końcu nie wpada do czarnej dziury – po prostu eksploduje z dala od czarnej dziury”.

DOI: Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego, 2022. 10.1093/Manras/Stos 1727 (O DOI).