Eksplodujące gwiazdy w dyskach czarnych dziur

Wirujące dyski materii otaczające supermasywne czarne dziury są prawdopodobnie siedliskiem masywnych gwiazd, gwiazd neutronowych i czarnych dziur. Nowe odkrycie bada, czy możemy wykryć sygnatury ognistych eksplozji wytwarzanych przez te wyjątkowo usytuowane gwiazdy i pozostałości gwiazdowe.

Niezwykły dom
Niedawno naukowcy wykryli fale grawitacyjne pochodzące z połączenia nieoczekiwanie dużych czarnych dziur. Jedno z zaproponowanych wyjaśnień – że te potwory urosły do swoich dużych rozmiarów, gdy były osadzone w dysku akrecyjnym otaczającym jeszcze większą, supermasywną czarną dziurę – wzbudziło zainteresowanie badaniem ewolucji gwiazd znajdujących się w dyskach tych aktywnych jąder galaktyk (AGN).

Dyski akrecyjne AGN są gęstymi, burzliwymi środowiskami, które wytwarzają jasne, wysokoenergetyczne promieniowanie, gdy materia dysku opada po spirali do wewnątrz w kierunku czarnej dziury. Jednak te pozornie nieprzyjazne otoczenia mogą nadal posiadać gwiazdy, które powstają albo in situ – gaz w dyskach akrecyjnych może stać się niestabilny i rozpaść się na samograwitujące skupiska, które stają się gwiazdami – lub są przechwytywane z jądra gromady gwiazd otaczającej AGN.

Wybuchowe zakończenia
Gdy gwiazdy uformują się lub zostaną uwięzione w dysku AGN, gęste środowisko zwiększa prawdopodobieństwo, że gwiazdy połączą się w pary w układach podwójnych. W miarę ewolucji gwiazd osadzonych w dyskach, pewna ich część powinna zakończyć swoje życie w spektakularnych eksplozjach – albo jako długie rozbłyski promieniowania gamma (GRB) wywołane śmiercią masywnych gwiazd, albo krótkie GRB powstałe w wyniku zderzenia dwóch wyewoluowanych pozostałości gwiazdowych.

Możliwość tych relatywistycznych eksplozji występujących w dyskach AGN jest intrygująca. Czy unikalne środowisko dysku wpływa na eksplozję? Jeżeli tak, czy możemy spodziewać się konkretnych, możliwych do zidentyfikowania cech GRB wytwarzanych w dyskach wokół supermasywnych czarnych dziur?

Zespół naukowców pod kierownictwem Rosalby Perny (Stony Brook University i Flatiron Institute) zbadał te kwestie, modelując sposób, w jaki właściwości eksplozji GRB zmieniają się, gdy następują w dyskach.

Poszukiwanie sygnatur

Perna i jej współpracownicy badają standardowy model GRB, w którym szybka emisja jest wytwarzana jako pierwsza seria wewnętrznych fal uderzeniowych napędzanych przez zderzające się zbitki przyspieszonej materii. Po szybkiej emisji następuje długa, zanikająca poświata, ponieważ ten relatywistyczny odpływ jest spowolniony, gdy wdziera się do otaczającej materii.

Autorzy pokazują, że właściwości środowiska dysku AGN mogą zmieniać zachowanie obu tych składników emisji. Wysoka gęstość materii dysku może spowodować silną wsteczną falę uderzeniową, która zostanie cofnięta na początku eksplozji, zasilając szybką emisję zamiast wewnętrznych fal uderzeniowych. A późniejsza poświata GRB może się zakończyć jako jaśniejsza i osiągnąć maksimum wcześniej niż w przypadku typowych GRB obserwowanych w środowisku o małej gęstości, takim jak ośrodek międzygwiazdowy.

Te właściwości oraz inne sygnatury zidentyfikowane przez Pernę i jej współpracowników mogą nam pomóc określić, czy obserwowane w przyszłości GRB eksplodowały w typowych środowiskach, czy też w ekstremalnym otoczeniu dysku AGN. Pomoże nam to lepiej zrozumieć, w jaki sposób niektóre gwiazdy mogą ewoluować w swoich niezwykłych domach wokół supermasywnych czarnych dziur.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
AAS

Vega

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *