Assista a uma estrela sendo despedaçada por um buraco negro supermassivo


Buracos negros gigantes nos centros das galáxias como a nossa própria By way of Láctea são conhecidos por ocasionalmente mastigar estrelas próximas.

Isso leva a um processo dramático e complexo, à medida que a estrela mergulha em direção ao buraco negro supermassivo é espaguetificado e despedaçado. Os fogos de artifício resultantes são conhecidos como um evento de interrupção de maré.

Em um novo estudo publicado hoje em Cartas do Jornal Astrofísicoproduzimos as simulações mais detalhadas até o momento de como esse processo evolui ao longo de um ano.

Um buraco negro destruindo um sol

O astrônomo americano Jack G. Hills e o astrônomo britânico Martin Rees teorizaram pela primeira vez sobre eventos de perturbação de maré nas décadas de 1970 e 1980. Teoria de Rees previu que metade dos detritos da estrela permaneceriam presos ao buraco negro, colidindo consigo mesmo para formar um redemoinho quente e luminoso de matéria conhecido como disco de acreção. O disco estaria tão quente que deveria irradiar uma quantidade abundante de raios X.

Assista a uma estrela sendo despedaçada por um buraco negro supermassivo
Impressão artística de uma estrela moderadamente quente – nada a ver com o que seria um buraco negro com um disco de acreção quente. Crédito da imagem: Merikanto/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Mas para a surpresa de todos, a maioria dos mais de 100 eventos candidatos de interrupção de maré descobertos até o momento foram encontrados brilhando principalmente em comprimentos de onda visíveis, não em raios X. As temperaturas observadas nos detritos são de meros 10.000 graus Celsius. Isso é como a superfície de um estrela moderadamente quentenão os milhões de graus esperados do gás quente ao redor de um buraco negro supermassivo.

Ainda mais estranho é o tamanho inferido do materials brilhante ao redor do buraco negro: várias vezes maior que o nosso sistema photo voltaic e se expandindo rapidamente para longe do buraco negro a alguns por cento da velocidade da luz.

Considerando que mesmo um buraco negro com uma massa photo voltaic de um milhão é apenas um pouco maior que o nosso Sol, o enorme tamanho da bola brilhante de materials inferido a partir de observações foi uma surpresa complete.

Enquanto astrofísicos especularam que o buraco negro deve estar de alguma forma sufocado por materials durante a interrupção para explicar a falta de emissões de raios X, até o momento ninguém conseguiu mostrar como isso realmente ocorre. É aqui que nossas simulações entram.

Um sorvo e um arroto

Buracos negros são comedores bagunceiros — não muito diferente de uma criança de cinco anos com uma tigela de espaguete. Uma estrela começa como um corpo compacto, mas se torna espaguetificada: esticada para um fio longo e fino pelas marés extremas do buraco negro.

Como metade da matéria da estrela agora despedaçada é sugada em direção ao buraco negro, apenas 1 por cento dela é realmente engolida. O resto acaba sendo soprado para longe do buraco negro em uma espécie de “arroto” cósmico.

Simular eventos de interrupção de maré com um computador é difícil. As leis da gravidade de Newton não funcionam perto de um buraco negro supermassivo, então é preciso incluir todos os efeitos estranhos e maravilhosos da teoria geral da relatividade de Einstein.

Mas trabalho duro é para o que servem os estudantes de doutorado. Nosso recém-formado, David Liptai, desenvolveu um novo método de simulação do tipo “faça-você-mesmo-Einstein” que permitiu à equipe experimentar jogando estrelas desavisadas na direção geral do buraco negro mais próximo. Você pode até faça você mesmo.

Espaguetificação em ação, um shut da metade da estrela que retorna ao buraco negro.

As simulações resultantes, vistas nos vídeos aqui, são as primeiras a mostrar eventos de interrupção de maré desde o sorvo até o arroto.

Eles seguem a espaguetificação da estrela até quando os detritos caem de volta no buraco negro, então uma aproximação próxima que transforma o fluxo em algo como uma mangueira de jardim se contorcendo. A simulação dura mais de um ano após o mergulho inicial.

Demorou mais de um ano para ser executado em um dos os supercomputadores mais poderosos da Austrália. A versão ampliada é assim:

Visão ampliada, mostrando os detritos de uma estrela que, em grande parte, não descem pelo buraco negro e, em vez disso, são levados embora em um fluxo em expansão.

O que descobrimos?

Para nossa grande surpresa, descobrimos que 1% do materials que cai no buraco negro gera tanto calor que ele impulsiona um fluxo extremamente poderoso e quase esférico. (Um pouco como naquela vez em que você comeu muito curry, e pelo mesmo motivo.)

O buraco negro simplesmente não consigo engolir tudo issoentão o que ele não consegue engolir sufoca o motor central e é arremessado para longe.

Quando observadas como seriam por nossos telescópios, as simulações explicam muito. Acontece que pesquisadores anteriores estavam certos sobre o sufocamento. Parece com isso:

A mesma espaguetificação vista nos outros filmes, mas como seria vista com um telescópio óptico (se tivéssemos um bom o suficiente). Parece uma bolha fervente. Nós a chamamos de “envelope de Eddington”.

As novas simulações revelam por que os eventos de interrupção de maré realmente parecem uma estrela do tamanho do sistema photo voltaic se expandindo a alguns por cento da velocidade da luz, alimentada por um buraco negro dentro. Na verdade, pode-se até mesmo chamá-lo de “buraco negro sol.”

Este artigo foi republicado de A Conversa sob uma licença Inventive Commons. Leia o artigo unique.

Crédito da imagem: Preço et al. (2024)

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