Crne rupe koje uništavaju zvezde su svuda na nebu ako samo znate kako da ih tražite. To je jedna poruka iz nove studije naučnika sa MIT-a, koja se danas pojavljuje u The Astrophisical Journal.
Autori studije izvještavaju o otkriću 18 novih poremećaja plime i oseke (TDE) – ekstremnih slučajeva kada se obližnja zvijezda plimno uvuče u crnu rupu i pocijepa u komadiće. Dok se crna rupa prazni, ona daje ogroman nalet energije u elektromagnetnom spektru.
Astronomi su otkrili prethodne događaje poremećaja plime tražeći karakteristične rafale u optičkim i rendgenskim opsezima. Do danas, ove pretrage su otkrile desetak događaja uništavanja zvezda u obližnjem univerzumu. Novi TDE tima MIT-a su više nego duplo veći od kataloga poznatih TDE-ova u univerzumu.
Istraživači su uočili ove ranije „skrivene“ događaje gledajući u nekonvencionalnom opsegu: infracrvenom. Osim što emituju optičke i rendgenske eksplozije, TDE mogu generisati infracrveno zračenje, posebno u „prašnjavim“ galaksijama, gde je centralna crna rupa obavijena galaktičkim krhotinama. Prašina u ovim galaksijama normalno apsorbuje i zaklanja optičku i rendgensku svetlost, kao i svaki znak TDE u ovim opsezima. U tom procesu, prašina se takođe zagreva, proizvodeći infracrveno zračenje koje se može detektovati. Tim je otkrio da infracrvene emisije stoga mogu poslužiti kao znak poremećaja plime i oseke.
Gledajući u infracrveni opseg, MIT tim je odabrao mnogo više TDE-ova, u galaksijama u kojima su takvi događaji ranije bili skriveni. 18 novih događaja dogodilo se u različitim tipovima galaksija, raštrkanih po nebu.
„Većina ovih izvora se ne pojavljuje u optičkim trakama“, kaže glavni autor Megan Masterson, diplomirani student na Kavli institutu za astrofiziku i svemirska istraživanja MIT-a. „Ako želite da razumete TDE u celini i da ih koristite za ispitivanje supermasivne demografije crnih rupa, morate pogledati u infracrvenom opsegu.
Drugi autori sa MIT-a su Kishalai De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers, Danielle Frostig i Robert Simcoe, i MIT docent fizike Erin Kara, zajedno sa saradnicima iz više institucija, uključujući Institut Maks Plank za vanzemaljsku fiziku u Nemačkoj.
Tim je nedavno otkrio najbliži TDE do sada, pretraživanjem kroz infracrvena posmatranja. Otkriće je otvorilo novu, infracrvenu rutu kojom astronomi mogu da traže crne rupe koje aktivno hrane.
To prvo otkrivanje podstaklo je grupu da pročešlja više TDE. Za svoju novu studiju, istraživači su pretraživali arhivska zapažanja koje je napravio NEOVISE – obnovljena verzija NASA-inog infracrvenog istraživača širokog polja. Ovaj satelitski teleskop lansiran je 2009. godine i nakon kratke pauze nastavio je da skenira celo nebo u potrazi za infracrvenim „prelaznim pojavama“ ili kratkim rafalima.
Tim je pregledao arhivirana zapažanja misije koristeći algoritam koji je razvio koautor Kishalai De. Ovaj algoritam bira obrasce u infracrvenim emisijama koje su verovatni znaci prolaznog rafala infracrvenog zračenja. Tim je zatim uporedio obeležene tranzijente sa katalogom svih poznatih obližnjih galaksija u krugu od 200 megaparseka, ili 600 miliona svetlosnih godina. Otkrili su da se infracrveni tranzijenti mogu pratiti do oko 1.000 galaksija.
Zatim su zumirali signal infracrvenog praska svake galaksije da bi utvrdili da li je signal nastao iz izvora koji nije TDE, kao što je aktivno galaktičko jezgro ili supernova. Nakon što je isključio ove mogućnosti, tim je zatim analizirao preostale signale, tražeći infracrveni obrazac koji je karakterističan za TDE – naime, oštar šiljak praćen postepenim spuštanjem, što odražava proces kojim crna rupa razbija zvezda, iznenada zagreva okolnu prašinu na oko 1.000 kelvina pre nego što se postepeno ohladi.
Ova analiza je otkrila 18 „čistih“ signala poremećaja plime i oseke. Istraživači su izvršili pregled galaksija u kojima je svaki TDE pronađen i videli da se javljaju u nizu sistema, uključujući prašnjave galaksije, širom celog neba.
„Ako biste pogledali u nebo i videli gomilu galaksija, TDE bi se pojavili reprezentativno u svim njima“, kaže Masterson. „Nije da se javljaju samo u jednoj vrsti galaksije, kao što su ljudi mislili samo na osnovu optičkih i rendgenskih pretraga.“
„Sada je moguće proviriti kroz prašinu i završiti popis obližnjih TDE-a“, kaže Edo Berger, profesor astronomije na Univerzitetu Harvard, koji nije bio uključen u studiju. „Posebno uzbudljiv aspekt ovog rada je potencijal naknadnih studija sa velikim infracrvenim istraživanjima, i uzbuđen sam što ću videti kakva će otkrića doneti.
Otkrića tima pomažu u rešavanju nekih važnih pitanja u proučavanju poremećaja plime i oseke. Na primer, pre ovog rada, astronomi su uglavnom videli TDE u jednoj vrsti galaksije — sistemu „posle praska zvezda“ koji je ranije bio fabrika za formiranje zvezda, ali se od tada nastanio. Ova vrsta galaksije je retka, a astronomi su bili zbunjeni zašto se činilo da se TDE pojavljuju samo u ovim ređim sistemima. Dešava se da su ovi sistemi takođe relativno lišeni prašine, što olakšava otkrivanje optičkih ili rendgenskih emisija TDE-a.
Sada, gledajući u infracrveni opseg, astronomi mogu da vide TDE u mnogo više galaksija. Novi rezultati tima pokazuju da crne rupe mogu da proždiru zvezde u nizu galaksija, ne samo u sistemima posle praskanja zvezda.
Nalazi takođe rešavaju problem „nedostaje energije“. Fizičari su teoretski predvideli da bi TDE trebalo da zrače više energije nego što je zaista primećeno. Ali tim MIT-a sada kaže da prašina može objasniti neslaganje. Otkrili su da ako se TDE pojavi u prašnjavoj galaksiji, sama prašina bi mogla da apsorbuje ne samo optičke i rendgenske emisije već i ekstremno ultraljubičasto zračenje, u količini koja je ekvivalentna pretpostavljenoj „nedostajućoj energiji“.
18 novih detekcija takođe pomaže astronomima da procene brzinu kojom se TDE javljaju u datoj galaksiji. Kada shvate nove TDE-ove sa prethodnim detekcijama, procenjuju da galaksija doživi poremećaj plime i oseke svakih 50.000 godina. Ova stopa je bliža teorijskim predviđanjima fizičara. Uz više infracrvenih posmatranja, tim se nada da će rešiti stopu TDE-a i svojstva crnih rupa koje ih pokreću.
„Ljudi su smišljali veoma egzotična rešenja za ove zagonetke, a sada smo došli do tačke u kojoj možemo sve da ih rešimo“, kaže Kara. „Ovo nam daje samopouzdanje da nam nije potrebna sva ova egzotična fizika da bismo objasnili ono što vidimo. I bolje razumemo mehaniku koja stoji iza toga kako se zvezda raskida i proždire od strane crne rupe. Mi smo bolje razumevanje ovih sistema.“
