كشف لغز أحداث اضطراب المد والجزر

تسبب الثقوب السوداء الهائلة اضطراب أو تدمير النجوم القريبة ، مما يؤدي إلى أحداث اضطراب المد والجزر (TDEs). كشفت ملاحظات الضوء المستقطب من TDEs الآن تفاصيل أساسية حول العمليات المعنية.

الكون مكان عنيف حيث يمكن أن تختصر حياة النجم هنا. يحدث هذا عندما يجد النجم نفسه في حي “سيء” ، على وجه التحديد بالقرب من كتلة ضخمة ثقب أسود.

هذه الثقوب السوداء ، التي تتباهى بكتلة أكبر بملايين أو حتى بلايين المرات من شمسنا ، توجد عادةً في مراكز المجرات الهادئة. عندما يبتعد النجم بالقرب من الثقب الأسود ، فإنه يتعرض لجاذبية تصاعدية من الثقب الأسود فائق الكتلة ، والتي تتغلب في النهاية على القوى التي تحافظ على سلامة النجم. ينتج عن هذا النجم أن يتم تعطيله أو تدميره ، وهو حدث يُعرف باسم حدث اضطراب المد والجزر (TDE).

“بعد تمزق النجم ، يشكل غازه قرص تراكم حول الثقب الأسود. يمكن ملاحظة الانفجارات الساطعة من القرص في جميع الأطوال الموجية تقريبًا ، لا سيما باستخدام التلسكوبات والأقمار الصناعية التي تكتشف الأشعة السينية ، كما يقول الباحث ما بعد الدكتوراه يانيس ليوداكيس من جامعة توركو والمركز الفنلندي لعلم الفلك. ESO (فينكا).

حتى وقت قريب ، لم يعرف الباحثون سوى عدد قليل من TDE ، حيث لم يكن هناك العديد من التجارب القادرة على اكتشافها. ومع ذلك ، فقد طور العلماء في السنوات الأخيرة الأدوات اللازمة لمراقبة المزيد من TDE. من المثير للاهتمام ، ولكن ربما ليس بشكل مفاجئ ، أن هذه الملاحظات أدت إلى ألغاز جديدة يدرسها الباحثون حاليًا.

“كشفت الملاحظات من تجارب واسعة النطاق مع التلسكوبات البصرية أن عددًا كبيرًا من TDE لا ينتج أشعة سينية على الرغم من أنه يمكن الكشف عن رشقات الضوء المرئي بوضوح. يتناقض هذا الاكتشاف مع فهمنا الأساسي لتطور المادة النجمية المعطلة في TDEs ، “يلاحظ Liodakis.

في حدث اضطراب المد والجزر ، يتحرك نجم قريبًا بدرجة كافية من ثقب أسود فائق الكتلة بحيث يؤدي سحب الجاذبية للثقب الأسود إلى ثني النجم حتى يتم تدميره (الصورة 1). تشكل المادة النجمية من النجم المدمر تيارًا بيضاويًا حول الثقب الأسود (الصورة 2). تتشكل صدمات المد والجزر حول الثقب الأسود حيث يضرب الغاز نفسه في طريق عودته بعد الدوران حول الثقب الأسود (الصورة 3). تخلق صدمات المد والجزر اندفاعات ساطعة من الضوء المستقطب يمكن ملاحظتها في الأطوال الموجية البصرية والأشعة فوق البنفسجية. بمرور الوقت ، يشكل الغاز من النجم المدمر قرصًا تراكميًا حول الثقب الأسود (الصورة 4) حيث يتم سحبه ببطء إلى الثقب الأسود. ملاحظة: حجم الصورة غير دقيق. الائتمان: جيني جورمانينين

دراسة نشرت في المجلة علوم من قبل فريق دولي من علماء الفلك بقيادة المركز الفنلندي لعلم الفلك مع ESO يشير إلى أن الضوء المستقطب القادم من TDE قد يكون مفتاح حل هذا اللغز.

بدلاً من تكوين قرص تراكم لامع للأشعة السينية حول الثقب الأسود ، يمكن أن ينشأ الانفجار الملحوظ في الضوء البصري والأشعة فوق البنفسجية المكتشفة في العديد من TDE من الصدمات المدية. تتشكل هذه الصدمات بعيدًا عن الثقب الأسود حيث يضرب الغاز من النجم المدمر نفسه في طريقه إلى الخلف بعد الدوران حول الثقب الأسود. سيشكل قرص التراكم اللامع للأشعة السينية في وقت لاحق من هذه الأحداث.

“يمكن أن يوفر استقطاب الضوء معلومات فريدة حول العمليات الأساسية في أنظمة الفيزياء الفلكية. يقول ليوداكيس ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، إن الضوء المستقطب الذي قمنا بقياسه من TDE لا يمكن تفسيره إلا من خلال صدمات المد والجزر هذه.

ساعد الضوء المستقطب الباحثين على فهم تدمير النجوم

تلقى الفريق إنذارًا عامًا في أواخر عام 2020 من القمر الصناعي Gaia لحدث نووي عابر في مجرة ​​قريبة تم تحديدها باسم AT 2020mot. لاحظ الباحثون بعد ذلك AT 2020mot في نطاق واسع من الأطوال الموجية بما في ذلك الاستقطاب البصري وأرصاد التحليل الطيفي التي أجريت في التلسكوب البصري الاسكندنافي (NOT) ، المملوك لجامعة توركو. كانت الملاحظات التي أجريت في NOT مفيدة بشكل خاص في جعل هذا الاكتشاف ممكنًا. بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء ملاحظات الاستقطاب كجزء من دورة علم الفلك الرصدي لطلاب المدارس الثانوية.

“التلسكوب البصري الاسكندنافي ومقياس الاستقطاب الذي نستخدمه في الدراسة كانا فعالين في جهودنا لفهم الثقوب السوداء الهائلة وبيئاتها” ، كما تقول باحثة الدكتوراه جيني يورمانينن من فينكا وجامعة توركو التي قادت ملاحظات الاستقطاب وتحليلها مع NOT.

وجد الباحثون أن الضوء البصري القادم من AT 2020mot كان شديد الاستقطاب ويتغير بمرور الوقت. على الرغم من المحاولات العديدة ، لم يكن أي من تلسكوبات الراديو أو الأشعة السينية قادرًا على اكتشاف الإشعاع من الحدث قبل أو أثناء أو حتى بعد أشهر من ذروة الانفجار.

“عندما رأينا مدى استقطاب AT2020mot ، فكرنا على الفور في إطلاق نفاث من الثقب الأسود ، كما نلاحظ غالبًا حول الثقوب السوداء الهائلة التي تتراكم الغاز المحيط. ومع ذلك ، لم يتم العثور على أي طائرة “، كما تقول إلينا ليندفورس ، زميلة أبحاث أكاديمية في جامعة توركو وفينكا.

أدرك فريق علماء الفلك أن البيانات تتطابق بشكل وثيق مع سيناريو حيث يصطدم تيار الغاز النجمي مع نفسه ويشكل صدمات بالقرب من مركز ومقدمة مداره حول الثقب الأسود. تقوم الصدمات بعد ذلك بتضخيم المجال المغناطيسي وترتيبه في التيار النجمي الذي سيؤدي بشكل طبيعي إلى ضوء شديد الاستقطاب. كان مستوى الاستقطاب البصري مرتفعًا جدًا بحيث لا يمكن تفسيره بواسطة معظم النماذج ، وحقيقة أنه كان يتغير بمرور الوقت جعل الأمر أكثر صعوبة.

“جميع النماذج التي نظرنا إليها لم تستطع تفسير الملاحظات ، باستثناء نموذج صدمة المد والجزر ،” يلاحظ كاري كوليونين ، الذي كان عالم فلك في فينكا في وقت الملاحظات ويعمل الآن في الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا (NTNU).

سيستمر الباحثون في مراقبة الضوء المستقطب القادم من TDEs وقد يكتشفون قريبًا المزيد حول ما يحدث بعد تعطل النجم.

المرجع: “الاستقطاب البصري من تصادم صدمات التيار النجمي في حدث اضطراب المد والجزر” بقلم أي. ليوداكيس ، KII Koljonen ، D. Blinov ، E. Lindfors ، KD Alexander ، T. Hovatta ، M. Berton ، A. Hajela ، J. Jormanainen ، K. Kouroumpatzakis ، N. Mandarakas and K.
DOI: 10.1126 / science.abj9570