Gigante buracos negros nos centros de galáxias como a nossa Via Láctea são conhecidos por ocasionalmente mastigar estrelas próximas.
Isso leva a um processo dramático e complexo, à medida que a estrela mergulha em direção ao buraco negro supermassivo. espaguetificado e despedaçado. Os fogos de artifício resultantes são conhecidos como um evento de interrupção de maré.
Em um novo estudo publicado hoje em Cartas do Jornal Astrofísicoproduzimos as simulações mais detalhadas até o momento de como esse processo evolui ao longo de um ano.
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Um buraco negro destruindo um sol
O astrônomo americano Jack G. Hills e o astrônomo britânico Martin Rees teorizaram pela primeira vez sobre eventos de perturbação de maré nas décadas de 1970 e 1980. Teoria de Rees previu que metade dos detritos da estrela permaneceriam presos ao buraco negro, colidindo consigo mesmo para formar um redemoinho quente e luminoso de matéria conhecido como disco de acreção. O disco estaria tão quente que deveria irradiar uma quantidade abundante de raios X.
Mas para a surpresa de todos, a maioria dos mais de 100 eventos candidatos de interrupção de maré descobertos até o momento foram encontrados brilhando principalmente em comprimentos de onda visíveis, não em raios X. As temperaturas observadas nos detritos são de meros 10.000 graus Celsius. Isso é como a superfície de um estrela moderadamente quentenão os milhões de graus esperados do gás quente ao redor de um buraco negro supermassivo.
Ainda mais estranho é o tamanho inferido do material brilhante ao redor do buraco negro: várias vezes maior que o nosso Sistema solar e se expandindo rapidamente para longe do buraco negro a alguns por cento do velocidade da luz.
Dado que mesmo um buraco negro com uma massa solar de um milhão é apenas um pouco maior que o nosso Solo enorme tamanho da bola brilhante de material inferido a partir de observações foi uma surpresa total.
Enquanto astrofísicos especularam que o buraco negro deve estar de alguma forma sufocado por material durante a interrupção para explicar a falta de emissões de raios X, até o momento ninguém conseguiu mostrar como isso realmente ocorre. É aqui que nossas simulações entram.
Um gole e um arroto
Buracos negros são comedores bagunceiros — não muito diferente de uma criança de cinco anos com uma tigela de espaguete. Uma estrela começa como um corpo compacto, mas se torna espaguetificada: esticada para um fio longo e fino pelas marés extremas do buraco negro.
Como metade da matéria da estrela agora despedaçada é sugada em direção ao buraco negro, apenas 1% dela é realmente engolida. O resto acaba sendo soprado para longe do buraco negro em uma espécie de “arroto” cósmico.
Simular eventos de perturbação de maré com um computador é difícil. de Newton leis de gravidade não funcionam perto de um buraco negro supermassivo, então é preciso incluir todos os efeitos estranhos e maravilhosos de de Einstein teoria geral de relatividade.
Mas trabalho duro é para o que servem os estudantes de doutorado. Nosso recém-formado, David Liptai, desenvolveu um novo método de simulação do tipo “faça-você-mesmo-Einstein” que permitiu à equipe experimentar jogando estrelas desavisadas na direção geral do buraco negro mais próximo. Você pode até faça você mesmo.
As simulações resultantes, vistas nos vídeos aqui, são as primeiras a mostrar eventos de interrupção de maré desde o sorvo até o arroto.
Eles seguem a espaguetificação da estrela até quando os detritos caem de volta no buraco negro, então uma aproximação próxima que transforma o fluxo em algo como uma mangueira de jardim se contorcendo. A simulação dura mais de um ano após o mergulho inicial.
Demorou mais de um ano para ser executado em um dos os supercomputadores mais poderosos da Austrália. A versão ampliada é assim:
O que descobrimos?
Para nossa grande surpresa, descobrimos que 1% do material que cai no buraco negro gera tanto calor que ele alimenta um fluxo extremamente poderoso e quase esférico. (Um pouco como naquela vez em que você comeu muito curry, e pelo mesmo motivo.)
O buraco negro simplesmente não consigo engolir tudo issoentão o que ele não consegue engolir sufoca o motor central e é arremessado para longe.
Quando observadas como seriam por nossos telescópios, as simulações explicam muito. Acontece que pesquisadores anteriores estavam certos sobre o sufocamento. Parece com isso:
As novas simulações revelam por que os eventos de interrupção de maré realmente parecem uma estrela do tamanho do sistema solar se expandindo a alguns por cento da velocidade da luz, alimentada por um buraco negro em seu interior. Na verdade, pode-se até mesmo chamá-la de “buraco negro sol“.
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