Svela il mistero degli eventi di disturbo delle maree

I buchi neri supermassicci disturbano o distruggono le stelle vicine, portando a eventi di disturbo delle maree (TDE). Le osservazioni della luce polarizzata dai TDE hanno ora rivelato dettagli chiave sui processi coinvolti.

L’universo è un luogo violento, quindi la vita di una stella può essere interrotta qui. Ciò accade quando una stella si trova in un quartiere “cattivo”, in particolare vicino a un enorme ammasso Buco nero.

Questi buchi neri, che vantano una massa milioni o addirittura miliardi di volte maggiore del nostro Sole, si trovano solitamente al centro di galassie tranquille. Quando la stella si allontana dal buco nero, subisce un’attrazione gravitazionale verso l’alto dal buco nero supermassiccio, che alla fine supera le forze che mantengono intatta la stella. Ciò provoca l’interruzione o la distruzione della stella, un evento noto come evento di interruzione delle maree (TDE).

“Dopo che la stella si è rotta, il suo gas forma un disco di accrescimento attorno al buco nero. Si possono osservare esplosioni luminose dal disco a quasi tutte le lunghezze d’onda, in particolare con telescopi e satelliti che rilevano i raggi X”, afferma il ricercatore post-dottorato Yannis Lioudakis dell’Università di Turku e del Centro finlandese di astronomia. ESO (vinci).

Fino a poco tempo fa, solo pochi ricercatori conoscevano il TDE, poiché non c’erano molti esperimenti in grado di rilevarlo. Tuttavia, negli ultimi anni gli scienziati hanno sviluppato gli strumenti per monitorare più TDE. In modo interessante, ma forse non sorprendente, queste osservazioni hanno portato a nuovi misteri che i ricercatori stanno attualmente studiando.

“Osservazioni di esperimenti su larga scala con telescopi ottici hanno rivelato che un gran numero di TDE non produce raggi X anche se si possono chiaramente rilevare esplosioni di luce visibile. Questa scoperta contraddice la nostra comprensione di base dell’evoluzione della materia stellare interrotta nei TDE”, osserva Liodakis.

In un evento di interruzione delle maree, una stella si avvicina abbastanza a un buco nero supermassiccio che l’attrazione gravitazionale del buco nero piega la stella finché non viene distrutta (Immagine 1). La materia interstellare della stella distrutta forma un flusso ellittico attorno al buco nero (immagine 2). Gli shock di marea si formano attorno al buco nero mentre il gas si colpisce sulla via del ritorno dopo aver orbitato attorno al buco nero (immagine 3). Gli shock di marea creano esplosioni luminose di luce polarizzata osservabili a lunghezze d’onda ottiche e ultraviolette. Nel corso del tempo, il gas della stella distrutta forma un disco di accrescimento attorno al buco nero (immagine 4) mentre viene lentamente trascinato nel buco nero. Nota: la dimensione dell’immagine non è precisa. Credito: Jenny Gurmanen

Uno studio pubblicato sulla rivista Scienze Un team internazionale di astronomi guidato dal Centro finlandese di astronomia con l’ESO suggerisce che la luce polarizzata proveniente dal TDE potrebbe essere la chiave per risolvere questo enigma.

Invece di formare un brillante disco di accrescimento di raggi X attorno al buco nero, l’esplosione osservata nella luce ottica e ultravioletta rilevata in molti TDE potrebbe provenire da shock di marea. Questi shock si formano lontano dal buco nero quando il gas della stella distrutta colpisce se stesso sulla via del ritorno dopo aver orbitato attorno al buco nero. Il brillante disco di accrescimento dei raggi X si formerebbe più tardi in questi eventi.

“La polarizzazione della luce può fornire informazioni uniche sui processi fondamentali nei sistemi astrofisici. La luce polarizzata che abbiamo misurato dal TDE può essere spiegata solo da questi shock di marea”, afferma Lioudakis, autore principale dello studio.

La luce polarizzata ha aiutato i ricercatori a comprendere la distruzione delle stelle

Il team ha ricevuto un avviso pubblico alla fine del 2020 dal satellite Gaia di un evento nucleare transitorio in una galassia vicina identificata come AT 2020mot. I ricercatori hanno quindi osservato AT 2020mot in un’ampia gamma di lunghezze d’onda, comprese osservazioni di polarizzazione ottica e spettroscopia effettuate presso lo Scandinavian Optical Telescope (NOT), di proprietà dell’Università di Turku. Le osservazioni fatte a NOT sono state particolarmente utili per rendere possibile questa scoperta. Inoltre, sono state effettuate osservazioni sulla polarizzazione nell’ambito di un corso di astronomia osservativa per studenti delle scuole superiori.

“Il telescopio ottico scandinavo e il polarimetro che utilizziamo nello studio sono stati fondamentali nei nostri sforzi per comprendere i buchi neri supermassicci e il loro ambiente”, afferma la ricercatrice dottorale Jenny Jormanenen della FINCA e dell’Università di Turku, che ha guidato le osservazioni e l’analisi della polarizzazione con NOT.

I ricercatori hanno scoperto che la luce ottica proveniente da AT 2020mot era altamente polarizzata e cambiava nel tempo. Nonostante molti tentativi, né i radiotelescopi né i telescopi a raggi X sono stati in grado di rilevare le radiazioni dell’evento prima, durante o anche mesi dopo il picco dell’eruzione.

“Quando abbiamo visto quanto fosse polarizzato AT2020mot, abbiamo immediatamente pensato a un getto rilasciato da un buco nero, come spesso osserviamo attorno a buchi neri supermassicci che accumulano gas circostante. Tuttavia, non è stato trovato alcun getto”, afferma Elena Lindfors, ricercatrice accademica presso l’Università di Turku e Fenca.

Il team di astronomi si è reso conto che i dati corrispondevano strettamente a uno scenario in cui un flusso di gas interstellare si scontra con se stesso e forma delle protuberanze vicino al centro e davanti alla sua orbita attorno al buco nero. Gli shock quindi amplificano il campo magnetico e lo organizzano nel flusso stellare che si tradurrà naturalmente in luce altamente polarizzata. Il livello di polarizzazione ottica era troppo alto per essere spiegato dalla maggior parte dei modelli e il fatto che stesse cambiando nel tempo lo rendeva ancora più difficile.

“Tutti i modelli che abbiamo esaminato non sono stati in grado di spiegare le osservazioni, ad eccezione del modello dello shock di marea”, osserva Kari Kollionen, che era un astronomo presso la FINCA all’epoca delle osservazioni e ora lavora presso l’Università norvegese di scienza e tecnologia (NTNU).

I ricercatori continueranno a monitorare la luce polarizzata proveniente dai TDE e potrebbero presto scoprire di più su ciò che accade dopo che una stella si schianta.

Riferimento: “Optical Polarization from Stellar Stream Shock Collision in a Tidal Disturbance Event” di I.A. Leodakis, KII Koljonen, D. Blinov, E. Lindfors, KD Alexander, T. Hovatta, M. Berton, A. Hajela, J. Jormanainen, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas e K.
DOI: 10.1126/scienza.abj9570