스타의 뜻밖의 생존
날짜:
2023년 1월 13일
원천:
시러큐스 대학교
요약:
수억 광년 떨어진 머나먼 은하에서 초대질량 블랙홀 주위를 공전하는 별이 블랙홀의 엄청난 중력에 의해 격렬하게 산산조각 나고 있습니다. 별이 파쇄됨에 따라 그 잔해는 블랙홀로 다시 비가 내리는 파편의 흐름으로 변형되어 강착 원반이라고 하는 블랙홀 주위를 소용돌이치는 매우 뜨겁고 매우 밝은 물질 디스크를 형성합니다. 초거대질량 블랙홀에 의해 별이 파괴되고 빛나는 강착 플레어에 연료를 공급하는 이 현상은 조석 붕괴 사건(TDE)으로 알려져 있으며, TDE는 대략 10,000년에서 100,000년에 한 번씩 발생하는 것으로 예측됩니다. 은하.
수억 광년 떨어진 머나먼 은하에서 초대질량 블랙홀 주위를 공전하는 별이 블랙홀의 엄청난 중력에 의해 격렬하게 산산조각 나고 있습니다. 별이 파쇄됨에 따라 그 잔해는 블랙홀로 다시 비가 내리는 파편의 흐름으로 변형되어 강착 원반이라고 하는 블랙홀 주위를 소용돌이치는 매우 뜨겁고 매우 밝은 물질 디스크를 형성합니다. 초거대질량 블랙홀에 의해 별이 파괴되고 빛나는 강착 플레어에 연료를 공급하는 이 현상은 조석 붕괴 사건(TDE)으로 알려져 있으며, TDE는 대략 10,000년에서 100,000년에 한 번씩 발생하는 것으로 예측됩니다. 은하.
짧은 기간(수개월에서 수년) 동안 전체 은하를 초과하는 광도(즉, 태양보다 수십억 배 더 밝음)를 통해 강착 현상을 통해 천체물리학자는 우주 거리에서 초거대질량 블랙홀(SMBH)을 연구할 수 있어 중앙 지역으로의 창을 제공합니다. 그렇지 않으면 정지 상태의 -- 또는 휴면 상태의 -- 은하. 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 물질의 거동 방식을 결정하는 데 중요한 이러한 "강력한 중력" 사건을 조사함으로써 TDE는 우주에서 가장 극단적인 환경 중 하나인 사건의 지평선(돌아올 수 없는 지점)에 대한 정보를 산출합니다. -- 블랙홀.
SMBH의 극단적인 중력장이 별을 파괴하기 때문에 TDE는 일반적으로 "일회성"입니다. 그러나 어떤 경우에는 별의 고밀도 코어가 SMBH와의 중력 상호 작용에서 살아남아 블랙홀 주위를 한 번 이상 공전할 수 있습니다. 연구자들은 이것을 반복적인 부분 TDE라고 부릅니다.
주 저자인 유럽 남부 천문대 연구원인 토마스 위버스(Thomas Wevers), 공동 저자인 시러큐스 대학교 물리학 조교수인 에릭 코글린(Eric Coughlin), MIT 카블리 천체 물리학 연구소의 연구 과학자인 Dheeraj R. "DJ" 파샴(Dheeraj R. "DJ" Pasham)을 포함한 물리학자 팀 및 Space Research는 반복되는 부분 TDE에 대한 모델을 제안했습니다. Astrophysical Journal Letters에 게재된 그들의 연구 결과는SMBH에 의한 별의 포획, 별이 블랙홀에 가까워질 때마다 물질이 벗겨지는 것, 물질이 벗겨지는 시점과 블랙홀에 다시 공급될 때 사이의 지연을 설명합니다. 팀의 작업은 관측을 설명하고 먼 은하에 있는 별의 궤도 특성에 대한 예측을 수행하며 부분적인 조석 붕괴 과정을 이해하기 위해 반복되는 부분 TDE의 상세 모델을 개발하고 사용한 최초의 작업입니다.
팀은 AT2018fyk(AT는 "Astrophysical Transient"를 의미함)로 알려진 TDE를 연구하고 있습니다. 이 별은 "Hills capture"로 알려진 교환 과정을 통해 SMBH에 의해 포착되었습니다. 여기서 별은 원래 이진 시스템(상호 중력에 따라 서로 궤도를 도는 두 개의 별)의 일부였으며 중력장에 의해 찢어졌습니다. 블랙홀. 다른 (포획되지 않은) 별은 ~ 1000km/s에 필적하는 속도로 은하 중심에서 방출되었으며, 이는 초고속 별로 알려져 있습니다.
일단 SMBH에 결합되면 AT2018fyk의 방출에 동력을 공급하는 별은 블랙홀과 가장 가까운 접근 지점을 통과할 때마다 외부 봉투가 반복적으로 벗겨집니다. 벗겨진 별의 외층은 밝은 강착 원반을 형성하는데, 연구원들은 먼 은하에서 오는 빛을 관찰하는 X선과 자외선/광학 망원경을 사용하여 연구할 수 있습니다.
Wevers에 따르면, 부분적 TDE를 연구할 수 있는 기회를 가지면 초대질량 블랙홀의 존재와 은하 중심에 있는 별의 궤도 역학에 대한 전례 없는 통찰력을 얻을 수 있습니다.
"지금까지 우리가 별과 초대형 블랙홀 사이의 근접 조우의 여파를 볼 때 그 결과는 별에 치명적일 것이라고, 즉 별이 완전히 파괴될 것이라고 가정했습니다."라고 그는 말합니다. "그러나 우리가 알고 있는 다른 모든 TDE와는 달리 몇 년 후 망원경을 같은 위치로 다시 향하게 했을 때 다시 밝아진 것을 발견했습니다. 이로 인해 우리는 치명적인 것이 아니라 별의 일부라고 제안했습니다. 첫 만남에서 살아남았고 같은 위치로 돌아와 재료를 다시 한 번 벗겨내어 다시 밝아지는 단계를 설명했습니다."
2018년에 처음 발견된 AT2018fyk는 처음에는 일반 TDE로 인식되었습니다. 약 600일 동안 소스는 X-레이에서 밝게 유지되었지만 갑자기 어두워지고 감지할 수 없게 되었습니다. MIT 물리학자 Dheeraj R. Pasham은 별의 잔해 코어가 블랙홀로 되돌아간 결과라고 설명합니다.
"코어가 블랙홀로 돌아오면 본질적으로 중력을 통해 블랙홀에서 모든 가스를 훔치고 결과적으로 축적할 물질이 없으므로 시스템이 어두워집니다."라고 Pasham은 말합니다.
AT2018fyk의 광도가 급격하게 감소한 원인이 무엇인지는 즉시 명확하지 않았습니다. TDE는 일반적으로 방출 시 부드럽고 점진적으로 붕괴되기 때문입니다. 그러나 낙하 후 약 600일 후에 소스가 다시 X선 밝은 것으로 밝혀졌습니다. 이로 인해 연구자들은 이 별이 처음으로 SMBH와의 근접 조우에서 살아남았고 블랙홀 주위를 공전하고 있다고 제안했습니다.
상세한 모델링을 사용하여 팀의 발견은 블랙홀 주위의 별의 공전 주기가 약 1,200일이며 별에서 떨어진 물질이 블랙홀로 돌아와 강착을 시작하는 데 약 600일이 걸린다는 것을 제안합니다. 그들의 모델은 또한 포획된 별의 크기를 제한했는데, 그들은 대략 태양의 크기라고 믿었습니다. 원래 바이너리에 대해 팀은 두 별이 블랙홀에 의해 찢어지기 전에 서로 매우 가까웠으며 며칠에 한 번씩 서로 궤도를 돌고 있다고 믿습니다.
그렇다면 어떻게 별이 죽음의 덤불에서 살아남을 수 있을까요? 그것은 모두 근접성과 궤적의 문제로 귀결됩니다. 별이 블랙홀과 정면으로 충돌하여 사건의 지평선(블랙홀을 탈출하는 데 필요한 속도가 빛의 속도를 능가하는 임계값)을 통과하면 별은 블랙홀에 의해 소멸될 것입니다. 별이 블랙홀에 아주 가까이 다가가 소위 "조석 반경"(홀의 기조력이 별을 유지하는 중력보다 더 강한 곳)을 넘으면 별은 파괴될 것입니다. 그들이 제안한 모델에서 별의 궤도는 조석 반지름 바로 바깥에 있는 가장 가까운 접근 지점에 도달하지만 완전히 교차하지는 않습니다. 별 표면의 일부 물질은 블랙홀에 의해 벗겨지지만 중앙의 재료는 그대로 유지됩니다.
SMBH를 공전하는 별의 과정이 여러 번 반복되는 과정에서 어떻게 발생할 수 있는지는 팀이 향후 시뮬레이션을 통해 조사할 계획인 이론적 질문입니다. Syracuse 물리학자 Eric Coughlin은 TDE의 방출 모델링의 불확실성으로 인해 큰 범위에서 블랙홀을 통과할 때마다 별 질량의 1~10%가 손실되는 것으로 추정한다고 설명합니다.
"질량 손실이 1% 수준이면 별이 더 많은 만남에서 살아남을 것으로 예상되는 반면, 10%에 가까우면 별이 이미 파괴되었을 수 있습니다."라고 Coughlin은 말합니다.
팀은 예측을 테스트하기 위해 앞으로 몇 년 동안 하늘을 주시할 것입니다. 그들은 모델을 기반으로 2023년 3월경 소스가 갑자기 사라지고 갓 벗겨진 물질이 2025년 블랙홀에 부착되면 다시 밝아질 것이라고 예측했습니다.
연구팀은 그들의 연구가 과거에 감지된 후속 소스를 추적하고 모니터링하기 위한 새로운 방법을 제공한다고 말합니다. 이 작업은 또한 외부 은하 중심에서 반복되는 플레어의 기원에 대한 새로운 패러다임을 제시합니다.
"앞으로 더 많은 시스템이 늦은 플레어에 대해 점검될 가능성이 높습니다. 특히 이 프로젝트는 역동적인 교환 과정을 통해 별을 포착하는 이론적 그림과 그에 따른 반복되는 부분적인 조수 붕괴에 대한 이론적 그림을 제시하고 있습니다." 코플린은 말한다. "우리는 이 모델이 멀리 떨어져 있는 초대질량 블랙홀의 속성을 추론하고 주어진 질량 범위 내의 블랙홀의 수인 "인구 통계"를 이해하는 데 사용될 수 있기를 바랍니다. 다른 방법으로는 직접 달성하기 어렵습니다."
팀은 또한 이 모델이 조수 붕괴 과정에 대해 몇 가지 테스트 가능한 예측을 하고 AT2018fyk와 같은 시스템을 더 많이 관찰함으로써 부분적인 조수 붕괴 사건의 물리학과 초대형 블랙홀 주변의 극한 환경에 대한 통찰력을 제공해야 한다고 말했습니다.
"이 연구는 외부 은하에 있는 초대질량 블랙홀의 다음 스낵 시간을 잠재적으로 예측하는 방법론을 설명합니다."라고 Pasham은 말합니다. "생각해 보면 지구상의 우리 망원경을 수백만 광년 떨어진 블랙홀에 정렬하여 블랙홀이 어떻게 먹이고 성장하는지 이해할 수 있다는 것은 매우 놀라운 일입니다."
추가 공동 저자는 다음과 같습니다: M. Guolo, 물리학 및 천문학과, Johns Hopkins University; Y. Sun, University of Arizona; S. Wen, 라드바우드 대학교 천체물리학과 IMAPP ; PG Jonker, Radboud University 천체물리학과 IMAPP 및 SRON, 네덜란드 우주 연구소 ; A. Zabludoff, 애리조나 대학교; A. Malyali, R. Arcodia, Z. Liu, A. Merloni, A. Rau 및 I. Grotova, Max-Planck-Institut fu ?r extraterrestrische Physik, Germany; P. Short, 에든버러 대학교 천문학 연구소; 및 Z. Cao, Radboud University 천체 물리학/IMAPP과
동영상: https://youtu.be/_TRtPDbaQ2k
출처 : https://www.sciencedaily.com/