كشف لغز أحداث اضطراب المد والجزر

الكون مكان عنيف حيث يمكن حتى لحياة النجم أن تختصر. يحدث هذا عندما يكون النجم في حي “سيء” ، خاصة بالقرب من الكتلة الهائلة الثقب الأسود.

هذه الثقوب السوداء ، التي تبلغ كتلتها ملايين أو حتى بلايين المرات من شمسنا ، توجد عادة في وسط المجرات الصامتة. عندما يتحرك النجم بعيدًا عن الثقب الأسود ، فإنه يتعرض لجاذبية متزايدة من الثقب الأسود الهائل ، والذي يهيمن في النهاية على القوى التي تحافظ على تكامل النجم. ينتج عن هذا النجم أن يتم تعطيله أو تدميره ، وهو حدث يُعرف باسم حدث اضطراب المد والجزر (TDE).

“بمجرد أن يتمزق النجم ، يشكل غازه قرص تراكم حول الثقب الأسود. يمكن ملاحظة الانفجارات الساطعة من القرص في جميع الأطوال الموجية تقريبًا ، خاصة مع التلسكوبات والأقمار الصناعية التي تكشف عن الأشعة السينية ، كما يقول الباحث ما بعد الدكتوراه يانيس ليوداكيس من جامعة توركو والمركز الفلكي الفنلندي مع 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 من المستغرب ، أن هذه المشاهدات أدت إلى ألغاز جديدة يبحث فيها الباحثون الآن.

“كشفت الملاحظات من تجارب واسعة النطاق مع التلسكوبات البصرية أن عددًا كبيرًا من TDE لا ينتج أشعة سينية ، على الرغم من أنه يمكن الكشف بوضوح عن اندفاعات الضوء المرئي. هذه النتيجة تتناقض مع فهمنا الأساسي لتطور المادة النجمية المضطربة في TDEs ،” يلاحظ Liodakis.

أثناء حدث اضطراب المد والجزر ، يقترب نجم 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 تدفقًا إهليلجيًا حول الثقب الأسود (الصورة 2). تتشكل صدمات المد والجزر حول الثقب الأسود حيث يصطدم الغاز في طريق عودته بعد الدوران حول الثقب الأسود (الصورة 3). تخلق صدمات المد والجزر رشقات نارية لامعة من الضوء المستقطب يمكن رؤيتها بأطوال موجية بصرية وفوق بنفسجية. بمرور الوقت ، يشكل الغاز من النجم المدمر قرصًا تراكميًا حول الثقب الأسود (الصورة 4) من حيث يتم سحبه ببطء إلى الثقب الأسود. ملاحظة: مقياس الصورة غير دقيق. 1 رصيد

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

بدلاً من تكوين قرص تراكم ساطع للأشعة السينية حول الثقب الأسود ، قد يكون الانفجار المرئي في الضوء البصري والأشعة فوق البنفسجية الذي تم اكتشافه في العديد من TDE ناتجًا عن صدمات المد والجزر. تتشكل هذه الصدمات بعيدًا عن الثقب الأسود عندما يصطدم الغاز من النجم المدمر في طريقه مرة أخرى بعد الدوران حول الثقب الأسود. سوف يتشكل قرص التراكم المتوهج للأشعة السينية في وقت لاحق من هذه الأحداث.

“يمكن أن يوفر استقطاب الضوء رؤى فريدة للعمليات الكامنة وراء 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 تنبيهًا عامًا في أواخر عام 2020 من القمر الصناعي Gaia بشأن حدث نووي عابر في مجرة ​​قريبة تسمى 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) ، التابع لجامعة توركو. كانت الملاحظات التي تم إجراؤها في NOT حاسمة 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 كان له دور فعال في جهودنا لفهم الثقوب السوداء الهائلة وبيئاتها” ، كما تقول باحثة الدكتوراه جيني يورمانينن من فينكا وجامعة توركو التي قادت عمليات رصد وتحليل الاستقطاب مع NOT.

وجد الباحثون أن الضوء البصري من AT 2020mot كان شديد الاستقطاب ومتنوع مع مرور الوقت. على الرغم من المحاولات العديدة ، لم يتمكن أي من تلسكوبات الراديو أو الأشعة السينية من 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 الغازات المحيطة بها. تقول إلينا ليندفورس ، الباحثة في جامعة توركو وفينكا: “لم يتم العثور على أي طائرات”.

وجد فريق علماء الفلك البيانات الأكثر اتساقًا مع سيناريو حيث يصطدم تيار الغاز النجمي مع نفسه ويشكل صدمات بالقرب من مركز ومدار مداره حول الثقب الأسود. تقوم الصدمات بعد ذلك بتضخيم المجال المغناطيسي وترتيبه في التدفق النجمي الذي سيؤدي بشكل طبيعي إلى ضوء شديد الاستقطاب. كان مستوى التحيز البصري مرتفعًا جدًا بالنسبة لمعظم النماذج لتفسيره ، وحقيقة أنه تغير 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 من TDEs وقد يكتشفون قريبًا المزيد حول ما يحدث بعد تعطل النجم.

المرجع: “الاستقطاب البصري لصدمات التدفق النجمي المتصادمة أثناء حدث اضطراب المد والجزر” بقلم I.Liodakis و KII Koljonen و D. Blinov و E. Lindfors و KD Alexander و T. Hovatta و M. Berton و A. Hajela و J. Jormanainen و K. Kouroumpatzakis و N. Mandarakas و K.، Nilsson، May 11.
DOI: 10.1126 / science.abj9570