Una nuova simulazione fa luce sulla distruzione delle stelle da parte dei buchi neri supermassicci

Gli astronomi della Monash University hanno fatto un passo avanti nella comprensione del drammatico destino delle stelle che vagano troppo vicine ai buchi neri supermassicci al centro delle galassie.

Attraverso simulazioni innovative, un gruppo di ricerca internazionale, guidato dal professor Daniel Price e dall’ex studente David Liptay della Scuola di Fisica e Astronomia, ha catturato il complesso processo di come queste stelle vengono lacerate e consumate dai buchi neri, fornendo nuove informazioni su la misteriosa emissione ottica e ultravioletta osservata durante questi eventi catastrofici.

Il professor Price ha dichiarato: “Questa è la prima simulazione autoconsistente di una stella soggetta a disturbi mareali da parte di un buco nero supermassiccio, seguita dall’evoluzione dei detriti risultanti nel corso di un anno”.

“Le nostre simulazioni forniscono una nuova prospettiva sugli ultimi istanti delle stelle in prossimità dei buchi neri supermassicci”, ha aggiunto.

“Catturando l’intera evoluzione dei detriti, possiamo tentare di correlare le simulazioni con il crescente numero di eventi osservati di distruzione delle stelle identificati attraverso le indagini al telescopio”.

lo studio Pubblicato In Lettere del diario astrofisicoQuesta scoperta rappresenta un importante passo avanti nel campo dell’astrofisica, poiché apre nuovi orizzonti per la ricerca sul comportamento della materia nei campi gravitazionali estremi e sul ciclo di vita delle stelle e dei buchi neri.

Quando una stella passa vicino a un buco nero supermassiccio, intense forze gravitazionali la allontanano in un processo noto come evento di disturbo mareale (TDE). I detriti della stella formano un flusso che alla fine alimenta il buco nero. I detriti della stella formano un disco vorticoso attorno al buco nero, che emette intense radiazioni attraverso lo spettro elettromagnetico. Tuttavia, molti aspetti dell’evento di disturbo delle maree non sono ancora ben compresi.

La nuova simulazione mostra che questi detriti formano una bolla asimmetrica attorno al buco nero, rielaborando l’energia e producendo le curve di luce osservate con temperature più basse, illuminazione più debole e velocità del gas comprese tra 10.000 e 20.000 chilometri al secondo.

Il professor Price ha dichiarato: “Lo studio aiuta a spiegare molte delle proprietà sconcertanti delle temperature che sono state osservate. È possibile tracciare un’analogia con il corpo umano: quando pranziamo, la nostra temperatura corporea non cambia molto. Questo perché rielaboriamo l’energia del pranzo in lunghezze d’onda infrarosse.” .

“Il fenomeno TDE è simile; spesso non vediamo il buco nero divorare gas, perché viene soffocato da materiale che lo riemette a lunghezze d’onda ottiche. Le nostre simulazioni mostrano come avviene questo soffocamento”.

Altri misteri spiegati attraverso la nuova simulazione includono:

• Perché gli eventi di perturbazione mareale vengono osservati alle lunghezze d’onda ottiche e non ai raggi X, dove ci si aspetta che i raggi X si accrescano su un buco nero supermassiccio?
• Perché le temperature osservate concordano con la fotosfera della stella e non con il disco caldo di accrescimento previsto?
• Perché gli eventi di distruzione delle stelle osservati sono stati più deboli di quanto previsto dai modelli di buchi neri che divorano materiale in modo efficiente.
• Perché negli spettri degli eventi osservati troviamo materia che si espande verso di noi ad una velocità fino a qualche percento della velocità della luce (10-20 mila chilometri al secondo).

Il team di ricerca ha utilizzato il software avanzato di analisi della dinamica delle particelle lisce Phantom, che incorpora gli effetti della relatività generale per simulare accuratamente la dinamica delle stelle e dei detriti. Questo livello di dettaglio è fondamentale per catturare le complesse interazioni e i processi di dissipazione dell’energia che si verificano durante e dopo il collasso di una stella.

Il professor Price ha dichiarato: “I risultati confermano l’esistenza teorica dei gusci Eddington, che agiscono come uno strato di ritrattamento per l’energia rilasciata, il che spiega l’emissione ottica e ultravioletta osservata durante i TDE”.

“Questo modello fornisce anche una potenziale spiegazione per le differenze osservate nei raggi X e nelle curve di luce ottica di questi eventi, suggerendo che diversi angoli di visione potrebbero essere responsabili di queste discrepanze”.