Visata yra žiauri vieta, todėl žvaigždės gyvenimas čia gali būti sutrumpintas. Taip atsitinka, kai žvaigždė atsiduria „blogoje“ kaimynystėje, ypač šalia didžiulio spiečiaus Juodoji skylė.

Šios juodosios skylės, kurių masė milijonus ar net milijardus kartų didesnė už mūsų saulę, dažniausiai randamos ramių galaktikų centruose. Kai žvaigždė tolsta nuo juodosios skylės, ji patiria aukštyn gravitacinį trauką iš supermasyvios juodosios skylės, kuri galiausiai įveikia jėgas, kurios išlaiko žvaigždę nepažeistą. Dėl to žvaigždė suardoma arba sunaikinama – įvykis, žinomas kaip potvynio sutrikimo įvykis (TDE).

„Žvaigždei plyšus, jos dujos sudaro akrecinį diską aplink juodąją skylę. Ryškūs disko pliūpsniai gali būti stebimi beveik visais bangos ilgiais, ypač naudojant teleskopus ir palydovus, kurie aptinka rentgeno spindulius”, – sako doktorantas Yannis Lioudakis iš Turku universiteto ir Suomijos astronomijos centro. ESO (Vinca).

Iki šiol tik keli mokslininkai žinojo apie TDE, nes nebuvo daug eksperimentų, galinčių jį aptikti. Tačiau pastaraisiais metais mokslininkai sukūrė įrankius, leidžiančius stebėti daugiau TDE. Įdomu, bet galbūt nenuostabu, kad šie stebėjimai atvedė prie naujų paslapčių, kurias šiuo metu tyrinėja mokslininkai.

„Stebėjimai iš didelio masto eksperimentų su optiniais teleskopais atskleidė, kad daugelis TDE nesukuria rentgeno spindulių, net jei galima aiškiai aptikti matomos šviesos pliūpsnius. Ši išvada prieštarauja mūsų pagrindiniam supratimui apie žvaigždžių materijos, sutrikusios TDE, raidą”, – pažymi Liodakis.

Potvynių ir atoslūgių atveju žvaigždė juda pakankamai arti supermasyvios juodosios skylės, kad juodosios skylės gravitacinė trauka lenktų žvaigždę, kol ji sunaikinama (1 paveikslas). Tarpžvaigždinė medžiaga iš sunaikintos žvaigždės sudaro elipsės formos srautą aplink juodąją skylę (2 paveikslas). Potvynių smūgiai susidaro aplink juodąją skylę, kai dujos atsitrenkia į save, grįžtant aplink juodąją skylę (3 pav.). Potvynių smūgiai sukuria ryškius poliarizuotos šviesos pliūpsnius, stebimus optiniu ir ultravioletiniu bangų ilgiu. Laikui bėgant, dujos iš sunaikintos žvaigždės aplink juodąją skylę sudaro akrecinį diską (4 paveikslas), nes jos lėtai traukiamos į juodąją skylę. Pastaba: Vaizdo dydis nėra tikslus. Kreditas: Jenny Gurmaninen

Žurnale paskelbtas tyrimas Mokslai Tarptautinė astronomų komanda, vadovaujama Suomijos astronomijos centro su ESO, teigia, kad poliarizuota šviesa, sklindanti iš TDE, gali būti raktas į šį galvosūkį.

Vietoj to, kad aplink juodąją skylę susidarytų ryškus rentgeno spindulių kaupimosi diskas, daugelyje TDE aptiktas optinės ir ultravioletinės šviesos protrūkis gali kilti dėl potvynio smūgių. Šie smūgiai susidaro toli nuo juodosios skylės, nes sunaikintos žvaigždės dujos atsitrenkia į save grįžtant, apskriedamos aplink juodąją skylę. Ryškus rentgeno akrecinis diskas susiformuotų vėliau per šiuos įvykius.

„Šviesos poliarizacija gali suteikti unikalios informacijos apie pagrindinius procesus astrofizinėse sistemose. Poliarizuotą šviesą, kurią matavome pagal TDE, galima paaiškinti tik šiais potvynio smūgiais”, – sako tyrimo vadovas Lioudakis.

Poliarizuota šviesa padėjo tyrėjams suprasti žvaigždžių sunaikinimą

2020 m. pabaigoje komanda gavo visuomenės įspėjimą iš palydovo „Gaia“ apie trumpalaikį branduolinį įvykį netoliese esančioje galaktikoje, identifikuojamoje kaip AT 2020mot. Tada mokslininkai stebėjo AT 2020mot įvairiais bangų ilgiais, įskaitant optinę poliarizaciją ir spektroskopinius stebėjimus, atliktus Skandinavijos optiniame teleskope (NOT), priklausančiame Turku universitetui. Stebėjimai, atlikti NOT, buvo ypač naudingi, kad šis atradimas būtų įmanomas. Be to, poliarizacijos stebėjimai buvo atlikti kaip stebėjimo astronomijos kurso, skirto aukštųjų mokyklų studentams, dalis.

„Skandinavijos optinis teleskopas ir poliarimetras, kurį naudojame tyrime, padėjo mūsų pastangoms suprasti supermasyvias juodąsias skyles ir jų aplinką“, – sako doktorantė Jenny Jormaninen iš FINCA ir Turku universiteto, vadovavusi poliarizacijos stebėjimams ir analizei su NOT.

Tyrėjai nustatė, kad iš AT 2020mot sklindanti optinė šviesa buvo labai poliarizuota ir laikui bėgant keitėsi. Nepaisant daugybės bandymų, nei radijo, nei rentgeno teleskopai negalėjo aptikti įvykio spinduliuotės prieš išsiveržimą, jo metu ar net praėjus mėnesiams po jo.

„Kai pamatėme, koks poliarizuotas yra AT2020mot, iš karto pagalvojome, kad iš juodosios skylės išleidžiamas čiurkšlė, nes dažnai stebime aplink supermasyvias juodąsias skyles, kurios kaupia aplinkines dujas. Tačiau jokios srovės nerasta”, – sako Elena Lindfors, Turku ir Fenkos universiteto akademinė mokslinė bendradarbė.

Astronomų komanda suprato, kad duomenys labai atitiko scenarijų, kai tarpžvaigždinių dujų srautas susiduria su savimi ir suformuoja iškilimus šalia savo orbitos centro ir priekio aplink juodąją skylę. Tada smūgiai sustiprina magnetinį lauką ir suskirsto jį į žvaigždžių srautą, kuris natūraliai sukels labai poliarizuotą šviesą. Optinės poliarizacijos lygis buvo per aukštas, kad jį būtų galima paaiškinti daugeliu modelių, o tai, kad laikui bėgant keitėsi, dar labiau apsunkino.

„Visi modeliai, kuriuos žiūrėjome, negalėjo paaiškinti stebėjimų, išskyrus potvynio šoko modelį“, – pažymi Kari Kollionen, kuris stebėjimų metu buvo FINCA astronomas ir dabar dirba Norvegijos mokslo ir technologijos universitete (NTNU).

Tyrėjai toliau stebės poliarizuotą šviesą, sklindančią iš TDE, ir netrukus gali sužinoti daugiau apie tai, kas nutinka žvaigždei sudužus.

Nuoroda: „Optinė poliarizacija iš žvaigždžių srauto smūgio susidūrimo potvynių ir atoslūgių atveju“, I.A. Leodakis, KII Koljonenas, D. Blinovas, E. Lindforsas, KD Alexanderis, T. Hovatta, M. Bertonas, A. Hajela, J. Jormanainenas, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas ir K.
DOI: 10.1126/science.abj9570