Jeśli istnieją, czarne dziury o masach pośrednich prawdopodobnie pożerają krnąbrne gwiazdy jak nieporządne dziecko – biorąc kilka kęsów, a następnie rzucając pozostałości po całej galaktyce – odkryli nowe badania prowadzone przez Northwestern University.
W nowych symulacjach komputerowych 3D astrofizycy modelowali czarne dziury o różnych masach, a następnie rzucali wokół nich gwiazdy (mniej więcej wielkości naszego Słońca), aby zobaczyć, co może się stać.
Naukowcy odkryli, że kiedy gwiazda zbliża się do czarnej dziury o masie pośredniej, początkowo zostaje złapana na orbicie czarnej dziury. Następnie czarna dziura rozpoczyna swój długi i gwałtowny posiłek. Za każdym razem, gdy gwiazda wykonuje okrążenie, czarna dziura bierze kęs – dalej kanibalizując gwiazdę przy każdym przejściu. Ostatecznie nie pozostaje nic poza zniekształconym i niewiarygodnie gęstym jądrem gwiazdy.
W tym momencie czarna dziura wyrzuca pozostałości. Pozostałość po gwieździe leci w bezpieczne miejsce w całej galaktyce.
Te nowe symulacje nie tylko wskazują na nieznane zachowanie czarnych dziur o masach pośrednich, ale także dostarczają astronomom nowych wskazówek, które pomogą w końcu zlokalizować te ukryte olbrzymy na naszym nocnym niebie.
„Oczywiście nie możemy bezpośrednio obserwować czarnych dziur, ponieważ nie emitują one światła” – powiedziała Fulya Kıroğlu z Northwestern, która kierowała badaniem. „Zamiast tego musimy przyjrzeć się interakcjom między czarnymi dziurami a ich otoczeniem. Odkryliśmy, że gwiazdy przechodzą wiele przejść, zanim zostaną wyrzucone. Po każdym przejściu tracą więcej masy, powodując rozbłysk światła podczas rozrywania. rozbłysk jest jaśniejszy niż poprzedni, tworząc sygnaturę, która może pomóc astronomom je znaleźć”.
Kıroğlu przedstawi te badania podczas wirtualnej części kwietniowego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego (APS). „Pływowe rozerwanie gwiazd przez czarne dziury o masie pośredniej” odbędzie się 25 kwietnia w ramach sesji „Medium: Cosmic Rays, AGN & Galaxies”. . Astrophysical Journal zaakceptował badanie do publikacji.
Kıroğlu jest absolwentem astrofizyki w Weinberg College of Arts and Sciences w Northwestern oraz członkiem Centrum Interdyscyplinarnych Eksploracji i Badań Astrofizyki (CIERA). Doradza jej współautor artykułu Frederic Rasio, profesor fizyki i astronomii Josepha Cummingsa w Weinberg oraz członek CIERA.
Podczas gdy astrofizycy udowodnili istnienie dziur blokowych o mniejszej i większej masie, czarne dziury o masie pośredniej pozostały nieuchwytne. Powstałe podczas zapadania się supernowych, pozostałe po gwiazdach czarne dziury mają masę około 3 do 10 razy większą od naszego Słońca. Na drugim końcu spektrum znajdują się supermasywne czarne dziury, które czają się w centrach galaktyk i mają masę od milionów do miliardów razy większą od masy naszego Słońca.
Gdyby istniały, czarne dziury o średniej masie zmieściłyby się gdzieś pośrodku – 10 do 10 000 razy masywniejsze niż czarne dziury będące pozostałością po gwiazdach, ale nie tak masywne jak supermasywne czarne dziury. Chociaż te czarne dziury o masach pośrednich teoretycznie powinny istnieć, astrofizycy nie znaleźli jeszcze niepodważalnych dowodów obserwacyjnych.
„Ich obecność jest nadal dyskutowana” – powiedział Kıroğlu. „Astrofizycy odkryli dowody na ich istnienie, ale dowody te często można wytłumaczyć innymi mechanizmami. Na przykład to, co wydaje się być czarną dziurą o masie pośredniej, może w rzeczywistości być akumulacją czarnych dziur o masie gwiazdowej”.
Aby zbadać zachowanie tych unikających obiektów, Kıroğlu i jej zespół opracowali nowe symulacje hydrodynamiczne. Najpierw stworzyli model gwiazdy składający się z wielu cząstek. Następnie wysłali gwiazdę w kierunku czarnej dziury i obliczyli siłę grawitacji działającą na cząstki podczas zbliżania się gwiazdy.
„Możemy dokładnie obliczyć, która cząstka jest związana z gwiazdą, a która jest rozerwana (lub nie jest już związana z gwiazdą)” – powiedział Kıroğlu.
Dzięki tym symulacjom Kıroğlu i jej zespół odkryli, że gwiazdy mogą okrążać czarną dziurę o masie pośredniej aż pięć razy, zanim ostatecznie zostaną wyrzucone. Z każdym przejściem wokół czarnej dziury gwiazda traci coraz więcej swojej masy w miarę rozrywania. Następnie czarna dziura wyrzuca resztki – poruszając się z zawrotną prędkością – z powrotem do galaktyki. Powtarzający się wzór stworzyłby oszałamiający pokaz świetlny, który powinien pomóc astronomom rozpoznać – i udowodnić istnienie – czarnych dziur o masie pośredniej.
„To niesamowite, że gwiazda nie została całkowicie rozerwana” – powiedział Kıroğlu. „Niektórym gwiazdom może się poszczęścić i przetrwać to zdarzenie. Prędkość wyrzutu jest tak duża, że gwiazdy te można zidentyfikować jako gwiazdy o dużej prędkości, które obserwowano w centrach galaktyk”.
Następnie Kıroğlu planuje symulować różne typy gwiazd, w tym gwiazdy olbrzymy i gwiazdy podwójne, aby zbadać ich interakcje z czarnymi dziurami.