Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Khi một ngôi sao đi quá gần một lỗ đen siêu lớn, các lực thủy triều sẽ xé toạc nó, tạo ra một luồng bức xạ sáng khi vật chất từ ngôi sao rơi vào lỗ đen. Các nhà thiên văn học nghiên cứu ánh sáng từ những ‘sự kiện gián đoạn thủy triều’ (TDEs) này để tìm manh mối về hành vi kiếm ăn của các lỗ đen siêu lớn ẩn nấp tại trung tâm của các thiên hà và những quan sát mới giúp giải quyết các chi tiết quan trọng của quá trình này.
Khi một ngôi sao đi quá gần một lỗ đen siêu lớn, các lực thủy triều sẽ xé toạc nó, tạo ra một luồng bức xạ sáng khi vật chất từ ngôi sao rơi vào lỗ đen. Các nhà thiên văn học nghiên cứu ánh sáng từ những “sự kiện gián đoạn thủy triều” (TDEs) này để tìm manh mối về hành vi kiếm ăn của các lỗ đen siêu lớn ẩn nấp tại trung tâm của các thiên hà.
Các quan sát TDE mới do các nhà thiên văn học tại UC Santa Cruz dẫn đầu hiện cung cấp bằng chứng rõ ràng rằng các mảnh vỡ từ ngôi sao tạo thành một đĩa quay, được gọi là đĩa bồi tụ, xung quanh lỗ đen. Các nhà lý thuyết đã tranh luận về việc liệu một đĩa bồi tụ có thể hình thành hiệu quả trong sự kiện gián đoạn thủy triều hay không, và những phát hiện mới được chấp nhận đăng trên Tạp chí Vật lý thiên văn (Astrophysical Journal) và có sẵn trên mạng sẽ giúp giải quyết câu hỏi đó.
Tác giả đầu tiên Tiara Hung, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại UC Santa Cruz chia sẻ: “Theo lý thuyết cổ điển, pháo sáng TDE được cung cấp năng lượng bởi một đĩa bồi tụ, tạo ra tia X từ vùng bên trong nơi khí nóng xoáy vào lỗ đen. “Nhưng đối với hầu hết các TDE, chúng ta không nhìn thấy tia X – chúng chủ yếu chiếu ở các bước sóng cực tím và quang học – vì vậy người ta đề xuất rằng, thay vì đĩa, chúng ta đang nhìn thấy sự phát xạ từ sự va chạm của các dòng mảnh vỡ sao . “
Đồng tác giả Enrico Ramirez-Ruiz, giáo sư thiên văn và vật lý thiên văn tại UCSC, và Jane Dai tại Đại học Hồng Kông đã phát triển một mô hình lý thuyết, được công bố vào năm 2018, có thể giải thích tại sao tia X thường không được quan sát thấy trong TDE mặc dù sự hình thành của đĩa bồi tụ. Các quan sát mới cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho mô hình này.
Ramirez-Ruiz cho biết: “Đây là xác nhận vững chắc đầu tiên rằng các đĩa bồi tụ hình thành trong những sự kiện này, ngay cả khi chúng ta không nhìn thấy tia X”. “Khu vực gần lỗ đen bị che khuất bởi một lớp gió dày về mặt quang học, vì vậy chúng tôi không nhìn thấy phát xạ tia X, nhưng chúng tôi nhìn thấy ánh sáng quang học từ một đĩa hình elip mở rộng.”
Bằng chứng kể về một đĩa bồi tụ đến từ các quan sát quang phổ. Đồng tác giả Ryan Foley, trợ lý giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn tại UCSC, và nhóm của ông đã bắt đầu theo dõi TDE (tên là AT 2018hyz) sau khi nó được phát hiện lần đầu tiên vào tháng 11 năm 2018 bởi Cuộc khảo sát tự động toàn bầu trời cho siêu tân tinh (ASAS-SN). Foley nhận thấy một quang phổ bất thường khi quan sát TDE bằng Kính viễn vọng Shane 3 mét tại Đài quan sát Lick của UC vào đêm ngày 1 tháng 1 năm 2019.
“Tôi há hốc mồm, và tôi ngay lập tức biết rằng điều này sẽ rất thú vị,” anh nói. “Điều nổi bật là dòng hydro – sự phát xạ từ khí hydro – có cấu hình hai đỉnh không giống bất kỳ TDE nào khác mà chúng tôi đã thấy.”
Foley giải thích rằng cực điểm kép trong quang phổ là kết quả của hiệu ứng Doppler, làm thay đổi tần số ánh sáng do một vật thể chuyển động phát ra. Trong một đĩa bồi tụ xoắn ốc xung quanh một lỗ đen và được nhìn ở một góc nghiêng, một số vật chất sẽ chuyển động về phía người quan sát, do đó ánh sáng nó phát ra sẽ được chuyển sang tần số cao hơn và một số vật chất sẽ di chuyển ra khỏi người quan sát, ánh sáng của nó chuyển sang tần số thấp hơn.
Foley nói: “Đó là tác động tương tự khiến âm thanh của một chiếc ô tô trên đường đua chuyển từ âm vực cao khi ô tô đi về phía bạn đến âm vực thấp hơn khi nó đi qua và bắt đầu di chuyển khỏi bạn”. “Nếu bạn đang ngồi trên khán đài, những chiếc xe ở một ngã rẽ đều đang di chuyển về phía bạn và những chiếc xe ở ngã rẽ khác đang di chuyển ra xa bạn. Trong một đĩa bồi tụ, khí đang chuyển động quanh lỗ đen theo cách tương tự và đó là những gì tạo ra hai đỉnh trong quang phổ. “
Nhóm tiếp tục thu thập dữ liệu trong vài tháng tới, quan sát TDE bằng một số kính thiên văn khi nó phát triển theo thời gian. Hung đã dẫn một phân tích chi tiết về dữ liệu, chỉ ra rằng sự hình thành đĩa diễn ra tương đối nhanh chóng, trong vài tuần sau khi ngôi sao bị gián đoạn. Các phát hiện cho thấy rằng sự hình thành đĩa có thể phổ biến trong số các TDE được phát hiện bằng quang học mặc dù hiếm khi phát xạ đỉnh kép, điều này phụ thuộc vào các yếu tố như độ nghiêng của đĩa so với người quan sát.
Ramirez-Ruiz nói: “Tôi nghĩ chúng tôi đã gặp may với trận đấu này. “Các mô phỏng của chúng tôi cho thấy những gì chúng tôi quan sát rất nhạy cảm với độ nghiêng. Có một hướng ưu tiên để xem các đặc điểm đỉnh kép này và một hướng khác để xem phát xạ tia X.”
Ông lưu ý rằng phân tích của Hung về các quan sát tiếp theo đa bước sóng, bao gồm dữ liệu trắc quang và quang phổ, cung cấp những hiểu biết sâu sắc chưa từng có về những sự kiện bất thường này. Ramirez-Ruiz cho biết: “Khi chúng ta có quang phổ, chúng ta có thể tìm hiểu rất nhiều về động học của khí và hiểu rõ hơn về quá trình bồi tụ và điều gì đang cung cấp năng lượng cho khí thải.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Đại học California – Santa Cruz cung cấp . Bản gốc do Tim Stephens viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :