Οι ραδιοφωνικές εκρήξεις από μαύρες τρύπες «ζόμπι» ενθουσιάζουν τους αστρονόμους

Όταν ένα άτυχο αστέρι κινείται πολύ κοντά σε μια από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που κρύβονται στο κέντρο των γαλαξιών, σχίζεται σε κομμάτια και τεντώνεται σαν μακαρόνια. Σε αυτό το αποκαλούμενο γεγονός παλιρροϊκής διαταραχής (TDE), η μαύρη τρύπα δειπνεί στα αστρικά υπολείμματα, τα οποία τυλίγονται γύρω από την κοιλιά της μαύρης τρύπας σε έναν δίσκο προσαύξησης. Κατά τη διάρκεια της γιορτής, η μαύρη τρύπα μπορεί να λάμπει πιο φωτεινά από μια σουπερνόβα για μήνες, πριν επιστρέψει σε μια ήσυχη κατάσταση αδρανοποίησης.

Ή έτσι συνήθως πάει η ιστορία.

Η συνεχής παρακολούθηση από ασθενείς αστρονόμους έχει τώρα αποκαλύψει μερικές περιπτώσεις στις οποίες οι μαύρες τρύπες ξυπνούν και ρυγίζουν την ύλη και την ενέργεια, στέλνοντας εκρήξεις ραδιοκυμάτων προς τη Γη μήνες ή και χρόνια μετά την αρχική TDE. «Αυτό που είναι απίστευτα ασυνήθιστο με [αυτά τα γεγονότα] είναι ότι τα αντικείμενα επανήλθαν στη ζωή, σαν ζόμπι», λέει ο Enrico Ramirez-Ruiz, ένας θεωρητικός αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Κρουζ. "Αυτό είναι πραγματικά πρόκληση για το παράδειγμα."

Οι αστρονόμοι δεν είναι σίγουροι τι πυροδοτεί τις καθυστερημένες εκρήξεις, αλλά πιστεύουν ότι οι εκπομπές θα μπορούσαν να εξηγήσουν τους μυστηριώδεις μηχανισμούς με τους οποίους οι μαύρες τρύπες μετατρέπουν το αστρικό υλικό που πέφτει σε ισχυρούς πίδακες που εκτοξεύονται από τους πόλους τους. «Μας λέει κάτι για τη φυσική της κεντρικής μηχανής που κατά τα άλλα κρύβεται από εμάς», λέει ο Sasha Tchekhovskoy, ένας υπολογιστικός αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Northwestern. "Αυτοί οι πίδακες μπορούν να εκραγούν ολόκληρους γαλαξίες, επομένως είναι μια πραγματικά σημαντική διαδικασία στην εξέλιξη των γαλαξιών."

Οι περισσότερες από τις λίγες δεκάδες γνωστές TDEs έχουν ανιχνευθεί από το οπτικό φως ή τις ακτίνες Χ που εκπέμπονται στην αρχική γιορτή. Όμως, «το ραδιόφωνο παίζει πλέον πολύ σημαντικό ρόλο» στην κατανόηση των TDEs, λέει ο αστρονόμος Igor Andreoni του Joint Space-Science Institute. Οι μαύρες τρύπες παράγουν ραδιοκύματα αποβάλλοντας το πλάσμα - αντλώντας το με πολικούς πίδακες ή εκτοξεύοντας υλικό που προσκρούει στο περιβάλλον αέριο. Αλλά αυτές οι εκροές λαμβάνουν χώρα συνήθως κατά τη διάρκεια μιας TDE, λίγο μετά τη διάσπαση του γεύματος της μαύρης τρύπας.

Τον Φεβρουάριο του 2021, ωστόσο, ο Assaf Horesh, ένας αστροφυσικός στο Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ, ανακάλυψε μια ραδιοφωνική έκρηξη που ήρθε 6 μήνες μετά την αρχική TDE. Στη συνέχεια, στις 30 Ιουνίου, η Ιβέτ Σέντες, αστρονόμος στο Κέντρο Αστροφυσικής του Χάρβαρντ &Σμιθσόνιαν, ανέφερε ότι βρήκε άλλη μια καθυστερημένη έκλαμψη σε μια προεκτύπωση που δημοσιεύτηκε στο arXiv. Χρησιμοποιώντας πολλαπλά παρατηρητήρια, αυτή και οι συνάδελφοί της κατέγραψαν μια ταχεία άνοδο στη ραδιοφωνική δραστηριότητα που ξεκίνησε περισσότερο από 2 χρόνια μετά το αρχικό σνακ της μαύρης τρύπας. "Είναι μια αρκετά εξαιρετική περίπτωση", λέει ο Cendes.

Ο μεταπτυχιακός φοιτητής του Horesh Itai Sfaradi μπορεί να έπιασε ένα τρίτο παράδειγμα. Αναλύοντας εκ νέου ένα TDE που είχε εντοπιστεί στο παρελθόν, ο Sfaradi ισχυρίζεται στο τεύχος 10 Ιουλίου του The Astrophysical Journal ότι βρήκε καθυστερημένες ραδιοφωνικές εκπομπές σε συνδυασμό με έκλαμψη ακτίνων Χ. Αυτές οι διαδοχικές εκπομπές παρατηρούνται μερικές φορές στα λεγόμενα δυαδικά συστήματα ακτίνων Χ - στα οποία μαύρες τρύπες μεγέθους αστεριού απορροφούν αέριο από ένα ζευγαρωμένο αστέρι - υπονοώντας ότι οι μηχανισμοί μπορεί να σχετίζονται, λέει ο Horesh.

Οι μετατοπίσεις στον δίσκο προσαύξησης της μαύρης τρύπας τροφοδοτούν τις εξάρσεις από δυαδικά αρχεία ακτίνων Χ και ο Ramirez-Ruiz πιστεύει ότι το ίδιο μπορεί να συμβαίνει με τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, μήνες μετά από μια TDE. Σε αυτό το σενάριο, το σπαγγετοποιημένο αέριο ενός αστεριού συσσωρεύεται πιο αργά με την πάροδο του χρόνου, επιτρέποντας στον δίσκο προσαύξησης να γίνει ψυχρότερος και λεπτότερος. Τελικά, ο δίσκος εξασθενεί αρκετά ώστε να ανοίξει μια διαδρομή διαφυγής που επιτρέπει στις γραμμές μαγνητικού πεδίου της μαύρης τρύπας να εκτοξεύουν υλικό από το δίσκο στο διάστημα, όπου συγκρούεται με το περιβάλλον αέριο και παράγει ραδιοεκρήξεις.

Ο Tchekhovskoy συμφωνεί - και έχει μοντέλα που δείχνουν τη συμπεριφορά. Αυτός και οι συνάδελφοί του έτρεξαν προσομοιώσεις σε υπολογιστή για την εξέλιξη του δίσκου προσαύξησης και βρήκαν ότι μπορούν να φτάσουν σε μια κατάσταση Goldilocks στην οποία οι πίδακες μπορούν να σχηματιστούν αποτελεσματικά. Η βασική στιγμή έρχεται όταν ο δίσκος προσαύξησης είναι ακόμα αρκετά πυκνός για να τροφοδοτεί πίδακες, αλλά όχι τόσο πυκνός ώστε να απορροφά εκ νέου τα δημιουργούμενα ραδιοκύματα. Ίσως γι' αυτό βλέπουμε αυτές τις καθυστερημένες εκρήξεις, λέει—«Απλώς περιμένουμε το αέριο να έχει τη σωστή πυκνότητα.»

Θα μπορούσαν να έρθουν περισσότερες ενδείξεις εάν οι ραδιοφωνικές έρευνες ευρέος πεδίου μπορούν να καταγράψουν άλλες αφυπνίσεις ζόμπι. Το Very Large Array, ένα σύμπλεγμα τηλεσκοπίων στο Νέο Μεξικό, πρόκειται να σαρώσει τον ουρανό για τρίτη φορά το επόμενο έτος και το Australian Square Kilometer Array Pathfinder θα ξεκινήσει μια έρευνα πλήρους ουρανού αργότερα φέτος. Τόσο η Cendes όσο και η Horesh σχεδιάζουν να πραγματοποιήσουν ραδιοφωνικές έρευνες παρακολούθησης των TDE χρησιμοποιώντας αυτά τα παρατηρητήρια, μεταξύ άλλων. Σε αδημοσίευτο έργο, η Cendes πιστεύει ότι έχει ήδη βρει πολλούς ακόμη υποψηφίους.

Η ανακάλυψη ενός μεγαλύτερου πληθυσμού αυτών των TDEs με καθυστερημένες εκρήξεις θα ξεκλειδώσει ένα φυσικό εργαστήριο, επιτρέποντας στους θεωρητικούς να διερευνήσουν τη συμπεριφορά της μαύρης τρύπας κάτω από ένα ευρύ φάσμα συνθηκών, λέει ο Ramirez-Ruiz. Για τους φυσικούς, λέει, "Η γαστρονομία της μαύρης τρύπας προσφέρει πραγματικά μια νέα παιδική χαρά."