Przejdź do treści

Symulacje komputerowe pokazują co może stać się z gwiazdą, która za bardzo zbliży się do czarnej dziury

Ilustracja przedstawia (od lewej do prawej) cztery migawki z symulacji, gdy wirtualny model Słońca zbliża się do czarnej dziury o masie 1 miliona mas Słońca. Gwiazda jest rozciągana, traci część masy i następnie zaczyna odzyskiwać sferyczny kształt, gdy oddala się od czarnej dziury. W tej symulacji kolor żółty reprezentuje największe gęstości, a niebieski – najmniejsze. Źródło: NASA's Goddard Space Flight Center/Taeho Ryu (MPA)

Symulacje komputerowe pokazują, że nie każda „normalna” gwiazda (astronomowie nazywają tak gwiazdy ciągu głównego), która minie w odległości ~40 milionów km supermasywną czarną dziurę o masie 1 miliona mas Słońca zostanie rozproszona przez potworne siły pływowe. Ciekawe, że nie zależy to jednoznacznie od masy gwiazdy, ale od czegoś innego.

Co się stanie, gdy gwiazda zbliży się za bardzo do supermasywnej czarnej dziur?

Nastąpi wtedy zjawisko rozerwania pływowego TDE (skrót z j.ang.: Tidal Disruption Event). Astronomów zainteresowało, dlaczego niektóre gwiazdy są niszczone podczas, gdy inne potrafią przetrwać takie bliskie spotkanie z supermasywną czarną dziurą tylko nieco pokiereszowane.

Aby rozgryźć jego dynamikę, astronomowie stworzyli symulację, którą uruchomili na superkomputerze i testowali osiem gwiazd ciągu głównego o różnych masach. Te gwiazdy były wyrzucane w kierunku supermasywnej czarnej dziury o masie 1 miliona mas Słońca. Wyniki okazały się zaskakujące.

Wykorzystano modele gwiazd od 0.15 do 10 mas Słońca. Wszystkie gwiazdy zostały skierowane tak, aby supermasywną czarną dziurę minęły w odległości około 24 miliony mil (38.4 milionów km).

 

Pierwszy z trzech momentów w symulacji rozerwania pływowego ośmiu gwiazd ciągu głównego (masy gwiazd podane w górnym lewym rogu każdego kwadratu) przez supermasywną czarną dziurę o masie 1 miliona Mʘ. Przetrwały gwiazdy o masach 0.15 Mʘ, 0.3 Mʘ, 0.7 Mʘ i 1 Mʘ. Zniszczeniu uległy gwiazdy o masach 0.4 Mʘ, 0.5 Mʘ, 3 Mʘ i 10 Mʘ. W tej symulacji kolor żółty reprezentuje największe gęstości, a niebieski – najmniejsze. Oprac. na podstawie: NASA's Goddard Space Flight Center/Taeho RyuParametry symulacji - gwiazdy ciągu głównego o różnych masach mijają supermasywną czarną dziurę o masie 1 miliona mas Słońca w odległości 24 miliony mil (38.4 milionów km). Oprac. na podstawie: NASA's Goddard Space Flight Center/Taeho Ryu (MPA)

Dobrą wiadomością jest to, że gwiazda o masie Słońca (1 Mʘ) przetrwała takie bliskie spotkanie. Podobnie było z gwiazdami o masach 0.15 Mʘ, 0.3 Mʘ i 0.7 Mʘ. Natomiast gwiazdy o masach 0.4 Mʘ, 0.5 Mʘ, 3 Mʘ i 10 Mʘ uległy całkowitej dezintegracji – część stała się materią międzygwiazdową, a część została pochłonięta przez czarną dziurę.


Skąd wzięła się ta niezgodność ?

Badacze zdali sobie sprawę, że wielkość gwiazdy nie determinuje tego, czy gwiazda przetrwa spotkanie z czarną dziurą, ale jej gęstość wewnętrzna. Szczegóły widać na wideo przygotowanym przez NASA pt. Supercomputer Simulations Test Star-destroying Black Holes
W powyższej symulacji kolor żółty reprezentuje największe gęstości, a niebieski - najmniejsze.

Te symulacje zostały przygotowane przez Taeho Ryu (Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Niemcy). Są to pierwsze symulacje, które łączą Ogólną Teorię Względności Einsteina z realistycznymi modelami gęstości gwiazd.

Te symulacje pomogą astronomom oszacować jak często występuje pełna dezintegracja pływowa gwiazd we Wszechświecie i ich celem jest uzyskanie bardziej dokładnego obrazu przebiegu tego zjawiska.

Drugi z trzech momentów w symulacji rozerwania pływowego ośmiu gwiazd ciągu głównego (masy gwiazd podane w górnym lewym rogu każdego kwadratu) przez supermasywną czarną dziurę o masie 1 miliona Mʘ. Przetrwały gwiazdy o masach 0.15 Mʘ, 0.3 Mʘ, 0.7 Mʘ i 1 Mʘ. Zniszczeniu uległy gwiazdy o masach 0.4 Mʘ, 0.5 Mʘ, 3 Mʘ i 10 Mʘ. W tej symulacji kolor żółty reprezentuje największe gęstości, a niebieski – najmniejsze. Oprac. na podstawie: NASA's Goddard Space Flight Center/Taeho Ryu

Drugi z trzech momentów w symulacji rozerwania pływowego ośmiu gwiazd ciągu głównego (masy gwiazd podane w górnym lewym rogu każdego kwadratu) przez supermasywną czarną dziurę o masie 1 miliona Mʘ. Przetrwały gwiazdy o masach 0.15 Mʘ, 0.3 Mʘ, 0.7 Mʘ i 1 Mʘ. Zniszczeniu uległy gwiazdy o masach 0.4 Mʘ, 0.5 Mʘ, 3 Mʘ i 10 Mʘ. W tej symulacji kolor żółty reprezentuje największe gęstości, a niebieski – najmniejsze. Oprac. na podstawie: NASA's Goddard Space Flight Center/Taeho Ryu

Ostatni z trzech momentów w symulacji rozerwania pływowego ośmiu gwiazd ciągu głównego (masy gwiazd podane w górnym lewym rogu każdego kwadratu) przez supermasywną czarną dziurę o masie 1 miliona Mʘ. Przetrwały gwiazdy o masach 0.15 Mʘ, 0.3 Mʘ, 0.7 Mʘ i 1 Mʘ. Zniszczeniu uległy gwiazdy o masach 0.4 Mʘ, 0.5 Mʘ, 3 Mʘ i 10 Mʘ. W tej symulacji kolor żółty reprezentuje największe gęstości, a niebieski – najmniejsze. Oprac. na podstawie: NASA's Goddard Space Flight Center/Taeho Ryu
Trzy momenty w symulacji rozerwania pływowego ośmiu gwiazd ciągu głównego (masy gwiazd podane w górnym lewym rogu każdego kwadratu) przez supermasywną czarną dziurę o masie 1 miliona Mʘ. Biała strzałka wskazuje na „X”, czyli aktualną pozycję gwiazdy na orbicie zbliżeniowej. Dla gwiazd o masach 0.15 Mʘ, 0.3 Mʘ, 0.4 Mʘ każdy bok kwadratu odpowiada średnicy Słońca, dla 0.5 Mʘ, 0.7 Mʘ, 1 Mʘ – dwukrotnej średnicy Słońca, a dla 3 Mʘ, 10 Mʘ, - dziesięciokrotnej średnicy Słońca. Przetrwały gwiazdy o masach 0.15 Mʘ, 0.3 Mʘ, 0.7 Mʘ i 1 Mʘ. Zniszczeniu uległy gwiazdy o masach 0.4 Mʘ, 0.5 Mʘ, 3 Mʘ i 10 Mʘ. W tej symulacji kolor żółty reprezentuje największe gęstości, a niebieski – najmniejsze. Oprac. na podstawie: NASA's Goddard Space Flight Center/Taeho Ryu (MPA)


Opracowanie: Ryszard Biernikowicz


Więcej informacji:


Publikacja naukowa: Tidal Disruptions of Main-sequence Stars. I. Observable Quantities and Their Dependence on Stellar and Black Hole Mass
ArXiv: Tidal Disruptions of Main Sequence Stars  I. Observable Quantities and their Dependence on Stellar and Black Hole Mass

Materiały popularnonaukowe:
Scientists Fling Model Stars at a Virtual Black Hole to See Who Survives
Supercomputer Simulations Test Star-destroying Black Holes

 

Źródło: NASA


Ilustracja przedstawia (od lewej do prawej) cztery migawki z symulacji, gdy wirtualny model Słońca zbliża się do czarnej dziury o masie 1 miliona mas Słońca. Gwiazda jest rozciągana, traci część masy i następnie zaczyna odzyskiwać sferyczny kształt, gdy oddala się od czarnej dziury. W tej symulacji kolor żółty reprezentuje największe gęstości, a niebieski – najmniejsze. Źródło: NASA's Goddard Space Flight Center/Taeho Ryu (MPA)

Reklama