Simulation zeigt die schnelle Bildung einer Akkretionsscheibe. (Jamie Law-Smith und Enrico Ramirez-Ruiz) Wenn ein Stern einem etwas zu nahe kommt schwarzes Loch Wir wissen im Großen und Ganzen, was passiert. Die starken Gezeitenkräfte zerreißen den Stern in einem sogenannten Gezeitenstörungsereignis und lösen einen letzten Lichtstoß aus, bevor die Trümmer des Sterns den Ereignishorizont überschreiten.
Die genauen Einzelheiten dieser Verschlingung waren etwas schwieriger zu bestimmen. Theoretisch sollten die Trümmer zu einer Scheibe verschmelzen, während sie kreisen und auf das Schwarze Loch fallen – aber die meisten der Tidal Disruption Events (TDEs), die wir beobachten konnten, zeigen keine Hinweise auf die Röntgenemission, die das Vorhandensein von Schwarzem Loch nachweisen könnte diese Akkretionsscheibe.
„In der klassischen Theorie wird der TDE-Flare von einer Akkretionsscheibe angetrieben, die Röntgenstrahlen aus dem inneren Bereich erzeugt, wo heißes Gas spiralförmig in das Schwarze Loch strömt.“ sagte die Astronomin Tiara Hung der University of California Santa Cruz.
„Aber bei den meisten TDEs sehen wir keine Röntgenstrahlen – sie leuchten hauptsächlich im ultravioletten und optischen Wellenlängenbereich – daher wurde vermutet, dass wir anstelle einer Scheibe Emissionen aus der Kollision stellarer Trümmerströme sehen.“
Dies hat einige Astronomen zu der Vermutung veranlasst, dass ein Sterngezeitenstörungsereignis zu kurz ist, als dass sich eine Akkretionsscheibe bilden könnte. Doch neue Untersuchungen haben etwas anderes gezeigt. Mithilfe optischer und ultravioletter Beobachtungen einer Gezeitenstörung haben Astronomen klare Hinweise auf die Lichtverschiebung gefunden, die für eine rotierende Akkretionsscheibe zu erwarten ist.
„Dies ist die erste solide Bestätigung dafür, dass sich bei diesen Ereignissen Akkretionsscheiben bilden, selbst wenn wir keine Röntgenstrahlen sehen.“ sagte der Astrophysiker Enrico Ramirez-Ruiz von UCSC.
Das fragliche Störungsereignis ereignete sich im Zentrum einer Galaxie namens 2MASS J10065085+0141342, 624 Millionen Lichtjahre entfernt.
Gegen Ende des Jahres 2018 entdeckten Astronomen den verräterischen Flare, der darauf hindeutete, dass das supermassereiche Schwarze Loch darin einen Stern zerstörte, und die Forscher schalteten ein, um die Entwicklung des Lichts in mehreren Wellenlängen zu beobachten. Sie nannten das Gezeitenstörungsereignis AT 2018hyz.
Später konnten sie berechnen, dass ein supermassereiches Schwarzes Loch mit etwa mehreren Millionen Sonnenmassen den Stern zerstört hatte. Bei den spektroskopischen Beobachtungen gab es aber noch etwas anderes – einen Doppelpeak in der sogenannten Balmer-Emission, die entsteht, wenn Elektronen in Wasserstoffatomen auf ein niedrigeres Energieniveau übergehen.
„Mir fiel die Kinnlade herunter und ich wusste sofort, dass das interessant werden würde.“ sagte der Astrophysiker Ryan Foley von UCSC, der die seltsame Signatur entdeckte. „Was auffiel, war die Wasserstofflinie – die Emission von Wasserstoffgas – die ein Doppelspitzenprofil aufwies, das anders war als alle anderen TDE, die wir gesehen hatten.“
Dieser Doppelpeak der breiten Balmer-Emission in einem aktiven galaktischen Kern wird als Beweis für eine Akkretionsscheibe interpretiert. Wo diese Linien im Spektrum liegen, kann ihre Doppler-Verschiebung Anzeichen einer Bewegung zeigen.
Lichtwellen, die von etwas ausgesendet werden, das sich auf uns zubewegt, werden zur blauen Seite des Spektrums hin verkürzt oder blauverschoben. Aber Lichtwellen von einem sich entfernenden Objekt werden verlängert oder rotverschoben. Beispiele für beides finden Sie im folgenden Diagramm:
( ATNF/CSIRO )
Wenn Sie so etwas wie eine Scheibe genau aus dem richtigen Winkel betrachten, werden Sie Hinweise auf beide Verschiebungen sehen – eine Blauverschiebung auf der Seite, die sich auf Sie zudreht, und eine Rotverschiebung auf der Seite, die sich von Ihnen weg dreht. Es kann nicht nur zur Bestimmung der Rotation, sondern auch der Geschwindigkeit dieser Rotation verwendet werden.
„Ich denke, wir hatten hier Glück“, sagte Ramirez-Ruiz , der 2018 Co-Autor von a Papier, das ein einheitliches Modell für Gezeitenstörungsereignisse vorstellt .
„Unsere Simulationen zeigen, dass das, was wir beobachten, sehr empfindlich auf die Neigung reagiert.“ „Es gibt eine bevorzugte Ausrichtung, um diese Doppelpeak-Merkmale zu sehen, und eine andere Ausrichtung, um Röntgenemissionen zu sehen.“
Während sich AT 2018hyz über mehrere Monate hinweg weiterentwickelte, führte das Team weiterhin Beobachtungen bei mehreren Wellenlängen durch und verglich diese mit anderen TDEs sowie Simulationen und Modellen.
Sie stellten fest, dass die Akkretionsscheibe etwa 5 Prozent der ursprünglichen Masse des Sterns ausmachte – und dass sie sich unglaublich schnell, innerhalb eines Monats, gebildet hatte.
Die Interpretation des Teams eines Scheibenursprungs für die doppelgipfelige Balmer-Emission steht nicht allein. Unabhängig davon kam ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Astronomen Phil Short von der University of Edinburgh in Schottland zum gleichen Schluss.
In einem Vordruckpapier dem vorgelegt Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society Short und sein Team stellen fest, dass „AT 2018hyz das erste TDE ist, bei dem klare Doppelspitzen-Emissionslinien beobachtet wurden, und ein starker Beobachtungsbeweis dafür liefert, dass sich in zumindest einigen TDEs Akkretionsscheiben bilden und eine wesentliche Quelle der beobachteten Leuchtkraft sind.“ .
Es gibt jedoch noch immer Rätsel zu lösen. Short und sein Team stellen fest, dass die Doppelspitzen nur kurz auftraten, bevor sie verblassten, und sie wissen nicht, warum. Darüber hinaus machen Hung und ihr Team auf das Fehlen der Doppelpeaks in anderen TDE-Beobachtungen aufmerksam.
Beide Gruppen legen nahe, dass wir TDEs in Zukunft vielleicht mehr Aufmerksamkeit schenken sollten.
Die Forschung von Hangs Team wurde angenommen Das Astrophysikalische Journal , und ist verfügbar unter arXiv .