Una stella che vaga troppo vicino al buco nero supermassiccio al centro della sua galassia sarà fatta a pezzi dalla gravità del buco nero in un violento cataclisma chiamato evento di interruzione delle maree (TDE), producendo un bagliore luminoso di radiazioni. Un nuovo studio condotto da astrofisici teorici presso il Niels Bohr Institute dell'Università di Copenaghen e l'UC Santa Cruz fornisce un modello unificato che spiega le recenti osservazioni di questi eventi estremi.

Lo studio rivoluzionario, pubblicato in Lettere per riviste astrofisiche , fornisce una nuova prospettiva teorica per un campo di ricerca in rapida crescita.

"Solo nell'ultimo decennio circa siamo stati in grado di distinguere le TDE da altri fenomeni galattici, e il nuovo modello ci fornirà il quadro di base per comprendere questi eventi rari, " ha detto il coautore Enrico Ramirez-Ruiz, professore e cattedra di astronomia e astrofisica presso l'UC Santa Cruz e Niels Bohr Professor presso l'Università di Copenaghen.

Nella maggior parte delle galassie, il buco nero centrale è quiescente, non consumando attivamente alcun materiale e quindi non emettendo alcuna luce. Gli eventi di interruzione delle maree sono rari, accade solo una volta ogni 10, 000 anni in una galassia tipica. Quando una stella sfortunata viene fatta a pezzi, però, il buco nero è "sovraccarico" di detriti stellari per un po' ed emette radiazioni intense.

"È interessante vedere come i materiali si fanno strada nel buco nero in condizioni così estreme, " ha detto la prima autrice Jane Lixin Dai, professore assistente presso l'Università di Copenaghen, che ha condotto lo studio. "Mentre il buco nero sta mangiando il gas stellare, viene emessa una grande quantità di radiazioni. La radiazione è ciò che possiamo osservare, e usandolo possiamo capire la fisica e calcolare le proprietà del buco nero. Questo rende estremamente interessante andare a caccia di eventi di interruzione delle maree".

Mentre si prevede che la stessa fisica si verifichi in tutti gli eventi di interruzione delle maree, di cui circa due dozzine sono state osservate finora, le proprietà osservate di questi eventi hanno mostrato grandi variazioni. Alcuni emettono principalmente raggi X, mentre altri emettono principalmente luce visibile e ultravioletta. I teorici hanno lottato per comprendere questa diversità e assemblare diversi pezzi del puzzle in un modello coerente.

Angolo di visione

Nel nuovo modello, è l'angolo di visione dell'osservatore che spiega le differenze nelle osservazioni. Le galassie sono orientate in modo casuale rispetto alla linea di vista degli osservatori sulla Terra, che vedono diversi aspetti di un evento di interruzione di marea a seconda del suo orientamento.

"È come se ci fosse un velo che copre parte di una bestia, " ha spiegato Ramirez-Ruiz. "Da alcune angolazioni vediamo una bestia esposta, ma da altri angoli vediamo una bestia coperta. La bestia è la stessa, ma le nostre percezioni sono diverse."

Il modello sviluppato da Dai e dai suoi collaboratori combina elementi della relatività generale, campi magnetici, radiazione, e idrodinamica dei gas. Mostra ciò che gli astronomi possono aspettarsi di vedere quando osservano gli eventi di interruzione delle maree da diverse angolazioni, consentendo ai ricercatori di inserire diversi eventi in un quadro coerente.

Si prevede che i progetti di indagine pianificati per i prossimi anni forniranno molti più dati sugli eventi di interruzione delle maree e contribuiranno a espandere notevolmente questo campo di ricerca, secondo Dai. Questi includono il sondaggio transitorio Young Supernova Experiment (YSE), guidato dal DARK Cosmology Center presso il Niels Bohr Institute e UC Santa Cruz, e i Large Synoptic Survey Telescope in costruzione in Cile.

"Osserveremo da centinaia a migliaia di eventi di interruzione delle maree in pochi anni. Questo ci darà molti "laboratori" per testare il nostro modello e usarlo per capire di più sui buchi neri, "Dì disse.

Oltre a Dai e Ramirez-Ruiz, i coautori includono Jonathan McKinney, Nathaniel Roth, e Cole Miller all'Università del Maryland, Parco del Collegio. Sono stati impiegati strumenti computazionali all'avanguardia per risolvere il puzzle, e le simulazioni sono state effettuate da Dai e Roth sul grande cluster di computer recentemente acquisito reso possibile da una sovvenzione della Fondazione Villum per Jens Hjorth, capo del Centro Cosmologia DARK, così come i cluster finanziati dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e dalla NASA.