La luce polarizzata rivela il destino finale di una stella “spaghettata” da un buco nero

Ingrandisci / Se una stella (scia rossa) si avvicina troppo a un buco nero (a sinistra), può essere lacerata o distrutta da un’intensa gravità. Parte del materiale della stella orbita attorno al buco nero, come l’acqua in una fogna, ed emette numerosi raggi X (blu).

NASA/CXC/M. Weiss

Quando gli astronomi hanno osservato per la prima volta una stella triturata, o “spaghetti”, dopo essersi avvicinati molto a un buco nero supermassiccio nel 2019, hanno determinato che gran parte del materiale della stella veniva proiettata verso l’esterno da forti venti di luce ottica emessi dall’esplosione. . Ora, gli astronomi dell’Università della California, Berkeley (UCB) hanno analizzato la polarizzazione di quella luce per determinare che la nuvola era probabilmente sfericamente simmetrica, aggiungendo ulteriori prove per quei forti venti.

“Questa è la prima volta che qualcuno deduce la forma di una nuvola di gas attorno a una stella di marea”, ha detto. Il coautore Alex Filippenko ha dichiarato:, astronomo UCB. I risultati più recenti sono apparsi in ultimo foglio Pubblicato in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.

come siamo Ho accennato prima, un oggetto che passa oltre l’orizzonte degli eventi di un buco nero, inclusa la luce, viene inghiottito e non può scappare, anche se i buchi neri sono anche mangiatori caotici. Ciò significa che parte della sostanza corporea viene già espulsa con un forte getto. Se questo oggetto è una stella, il processo di lacerazione (o “strappo”) da parte delle forti forze gravitazionali del buco nero avviene al di fuori dell’orizzonte degli eventi e una parte della massa originale della stella viene espulsa violentemente verso l’esterno. Questo può essere modellato anello rotante del materiale (aka Disco di accumulo) attorno al buco nero emettendo potenti raggi X e luce visibile. I jet sono un modo in cui gli astronomi possono dedurre indirettamente l’esistenza di un buco nero.

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Nel 2018, gli astronomi hanno annunciato prima foto dal vivo Una ricaduta dallo strappo di una stella da parte di un buco nero 20 milioni di volte la massa del nostro sole in una coppia di galassie in collisione chiamate Arp 299 a 150 milioni di anni luce dalla Terra. Un anno dopo, gli astronomi registrarono Ultime agonie Una stella fatta a pezzi da un buco nero supermassiccio in un tale “evento di disturbo della marea(TDE), alias AT 2019qiz. La stella con circa la metà della sua massa alimentata – o accumulata – si è rotta in un buco nero un milione di volte la massa del Sole e l’altra metà è stata espulsa verso l’esterno.

Queste potenti lampi di luce sono spesso nascoste dietro un velo di polvere e detriti interstellari, rendendo difficile per gli astronomi studiarli in modo più dettagliato. Ma nel 2019, qiz è stato scoperto poco dopo che la stella è stata fatta a pezzi l’anno scorso, rendendo più facile lo studio in dettaglio, prima che la cortina di polvere e detriti si fosse completamente formata. Gli astronomi hanno effettuato osservazioni di follow-up attraverso lo spettro elettromagnetico nei sei mesi successivi, utilizzando più telescopi in tutto il mondo. Queste osservazioni hanno fornito la prima prova diretta che il gas che scorre durante la turbolenza e l’accumulo produce forti emissioni di luce e radio osservate in precedenza.

L'impressione artistica di una stella gradualmente interrotta dalla forte attrazione gravitazionale di un buco nero supermassiccio.
Ingrandisci / L’impressione artistica di una stella gradualmente interrotta dalla forte attrazione gravitazionale di un buco nero supermassiccio.

Gli astronomi sanno che la luce ottica emessa ha una leggera polarizzazione dell’1% sulla base delle osservazioni del telescopio Shin di 3 metri al Lake Observatory vicino a San Jose, in California. L’osservatorio comprende uno spettrometro per determinare la polarizzazione della luce ottica. La luce può polarizzarsi dopo che gli elettroni sono stati dispersi nella nuvola di gas. A causa di quanto sia remoto questo TDE, di solito appare solo come un punto di luce e la polarizzazione è una delle poche proprietà che alludono alle forme degli oggetti.

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secondo Coautore Kishore Patra, gran parte della luce emessa dal disco di accrescimento sarebbe iniziata nel sistema a raggi X, ma mentre passava attraverso la nuvola di gas, questa luce ha continuato a perdere energia grazie a vari scattering, assorbimento e riemissione, che alla fine hanno portato a appare nel fotosistema che governa. “Lo scattering finale determina quindi lo stato di polarizzazione del fotone”, ha detto Batra. “Quindi, misurando la polarizzazione, possiamo dedurre la geometria della superficie in cui si verifica la dispersione finale”.

Sulla base delle misurazioni della polarizzazione dell’ottobre 2019 che hanno mostrato una polarizzazione zero, gli scienziati di Berkeley hanno calcolato che la luce proveniva da una nuvola sferica con un raggio superficiale di circa 100 unità astronomiche (au), ovvero circa 100 volte più grande dell’orbita terrestre. Tuttavia, le misurazioni effettuate un mese dopo hanno rivelato una polarizzazione della luce dell’1%, indicando che la nuvola si era indebolita e aveva assunto una leggera asimmetria.

“Questa osservazione esclude una classe di soluzioni che sono state proposte in teoria e ci fornisce vincoli più forti su ciò che accade al gas attorno al buco nero”, ha detto Batra. “Le persone hanno visto altre prove del vento che esce da questi eventi, e penso che questo studio sulla polarizzazione renda sicuramente quella prova ancora più forte, nel senso che non otterrai una geometria sferica senza abbastanza vento. Il fatto interessante qui è che gran parte della materia in Una stella che sta girando a spirale verso l’interno alla fine non cade nel buco nero, ma semplicemente esplode lontano dal buco nero”.

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DOI: Avvisi mensili della Royal Astronomical Society, 2022. 10.1093/Manras/Pila 1727 (Informazioni sui DOI).

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