Приливное нарушение

Разрыв звезды приливными силами, когда она слишком близко подходит к сверхмассивной черной дыре

Моделирование разрушения звезды сверхмассивной черной дырой во время приливного разрушения. ^[1]

Событие приливного разрушения (TDE) — это кратковременный астрономический источник , возникающий, когда звезда проходит так близко к сверхмассивной черной дыре (SMBH), что ее разрывает приливная сила черной дыры . ^{[2] [3]} Звезда подвергается спагеттификации , создавая приливной поток материала, который закручивается вокруг черной дыры. Некоторая часть звездного материала захватывается на орбиту, образуя аккреционный диск вокруг черной дыры, который испускает электромагнитное излучение . В небольшой доле TDE также образуется релятивистская струя . Поскольку материал в диске постепенно поглощается черной дырой, TDE затухает в течение нескольких месяцев или лет.

TDE были предсказаны в 1970-х годах и впервые наблюдались в 1990-х годах. С тех пор было обнаружено более сотни таких событий, с обнаружениями в оптическом, инфракрасном, радио и рентгеновском диапазонах. Иногда звезда может пережить столкновение с SMBH, оставив остаток; такие события называются частичными TDE. ^{[4] [5]}

История

TDE впервые были теоретически предложены Джеком Г. Хиллсом в 1975 году. ^[6] Последствие того, что звезда достаточно близко подходит к сверхмассивной черной дыре, так что приливные силы между звездой преодолеют ее собственную гравитацию . В 1988 году Мартин Риз описал, как примерно половина разрушенного звездного материала останется связанной, в конечном итоге аккрецируя на черную дыру и образуя светящийся аккреционный диск. ^[7]

Согласно ранним ^{[ когда? ]} исследованиям, приливные разрушения являются неизбежным следствием активности массивных черных дыр, скрытых в ядрах галактик. Более поздние теоретики пришли к выводу, что результирующий взрыв или вспышка излучения от аккреции звездного мусора может выявить присутствие спящей черной дыры в центре обычной галактики. ^[8]

Впервые TDE наблюдались в начале 1990-х годов с помощью рентгеновского обзора всего неба ROSAT . ^{[ необходима ссылка ]}

Наблюдения

По состоянию на май 2024 года ^{[обновлять]}известно около 100 TDE, ^{[9] [10] [11]} и они были обнаружены с помощью нескольких астрономических методов, таких как оптические транзиентные обзоры, включая Zwicky Transient Facility (ZTF) ^[11] и All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN). ^[12] Другие TDE были обнаружены в рентгеновских лучах с помощью ROSAT , XMM-Newton и eROSITA . ^[13] TDE также были обнаружены в ультрафиолетовом диапазоне . ^[14]

Оптические кривые блеска

Кривые блеска TDE изначально резко увеличивают яркость, поскольку разрушенный звездный материал падает в сторону черной дыры, за которым следует более плавный спад, длящийся месяцы или годы. Во время фазы спада светимость пропорциональна , где t - время, ^[15] хотя некоторые TDE, как было замечено, отклоняются от типичной скорости. ^[16] Эти свойства позволяют отличать TDE от других транзиентных астрономических источников , таких как сверхновые . Пиковая светимость TDE пропорциональна центральной массе черной дыры; она может приближаться или превышать массу их родительских галактик, что делает их одними из самых ярких источников, наблюдаемых во Вселенной. ^[17] ${\displaystyle t^{-5/3}}$ ${\displaystyle t^{-5/3}}$

Физические свойства и энергетика

Существует два широких класса TDE. Большинство TDE состоят из «нерелятивистских» событий, где потоки от TDE похожи на энергетику, наблюдаемую в сверхновых типа Ib и Ic . ^[18]

Однако примерно 1% TDE являются релятивистскими TDE, где астрофизическая струя запускается из черной дыры вскоре после разрушения звезды. Эта струя сохраняется в течение нескольких лет, прежде чем затухнуть. ^[19] По состоянию на 2023 год ^{[обновлять]}было обнаружено только четыре TDE с струями. ^[20]

Радиус приливно-отливного разрушения

Звезда разрушается приливными силами, когда приливная сила, создаваемая черной дырой, превышает собственную гравитацию звезды . Расстояние ниже этого значения называется приливным радиусом и приблизительно определяется по формуле: ^{[21] [22]} ${\displaystyle f_{tidal}\approx {\frac {GM_{BH}R^{*}}{R^{3}}}}$ ${\displaystyle f_{sg}\approx {\frac {GM^{*}}{R^{*2}}}}$ ${\displaystyle f_{tidal}>f_{sg}}$

${\displaystyle R_{T}\approx R^{*}\left({\frac {M_{BH}}{M^{*}}}\right)^{\frac {1}{3}}}$

Это идентично пределу Роша для разрушений планетных тел.

Обычно радиус приливного разрушения черной дыры больше ее радиуса Шварцшильда , но, учитывая, что радиус и масса звезды фиксированы, существует масса черной дыры, при которой оба радиуса становятся равными, что означает, что в этот момент звезда просто исчезнет, ​​прежде чем ее разорвет на части. ^{[23] [7]} ${\displaystyle R_{S}={\frac {2GM}{c^{2}}}}$

Известные события, связанные с приливными нарушениями

Оптическое изображение космического телескопа «Хаббл» объекта TDE Swift J1644+57

• Swift J1644+57 ^[24] Релятивистский джет, который был запущен во время разрушения звезды в 3,8 миллиардах световых лет от нас. Джет просуществовал 1,5 года, после чего он отключился. ^[25]
• ASASSN-14li ^{[26] [27]} Первое радиообнаружение нерелятивистского истечения из TDE в 2014 году.
• AT2018hyz ^[28] TDE, который был радиомолчаливым примерно до 750 дней после первоначального события TDE, и с тех пор быстро рос в радиочастотах. Это было интерпретировано как задержанный радиопоток или внеосевой струйный выброс. ^[29]
• ASASSN-19bt был обнаружен в ходе проекта All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN) с помощью ранних подробных наблюдений спутника TESS . ^{[12] [30]}
• AT2019qiz ^[31]
• AT2022cmc ^[32] — это струйный TDE, обнаруженный в 2022 году ZTF.
• ASASSN-20hx, расположенный вблизи ядра галактики NGC 6297, был обнаружен в июле 2020 года и отметил, что наблюдение представляет собой одно из «очень немногих событий приливного разрушения с жесткими степенными рентгеновскими спектрами ». ^{[33] [34]}

Смотрите также

• Астрономический портал
• Физический портал

• Гамма-всплеск#Приливные события
• Источник сверхмягкого рентгеновского излучения#Выбросы большой амплитуды
• RX J1242-11

Ссылки

1. Прайс, Дэниел Дж.; Липтай, Дэвид; Мандель, Илья; Шеперд, Джоанна; Лодато, Джузеппе; Левин, Юрий (2024). «Оболочки Эддингтона: судьба звезд на параболических орбитах, приливно нарушенных сверхмассивными черными дырами». The Astrophysical Journal Letters . 971 (2): L46. arXiv : 2404.09381 . Bibcode : 2024ApJ...971L..46P. doi : 10.3847/2041-8213/ad6862 . ISSN  2041-8205.
2. "Астрономы видят, как огромная черная дыра разрывает звезду на части". Вселенная сегодня. 28 января 2015 г. Получено 1 февраля 2015 г.
3. "Приливное разрушение звезды массивной черной дырой". Архивировано из оригинала 2 июня 2016 года . Получено 1 февраля 2015 года .
4. Гильошон, Джеймс; Рамирес-Руис, Энрико (2013-04-10). "Гидродинамическое моделирование для определения скорости питания черных дыр приливным разрушением звезд: важность параметра удара и звездной структуры". The Astrophysical Journal . 767 (1): 25. arXiv : 1206.2350 . Bibcode :2013ApJ...767...25G. doi :10.1088/0004-637X/767/1/25. ISSN  0004-637X. S2CID  118900779.
5. Рю, Таехо; Кролик, Джулиан; Пиран, Цви; Нобл, Скотт К. (2020-12-01). «Приливные нарушения звезд главной последовательности. III. Зависимость характера частичных нарушений от звездной массы». The Astrophysical Journal . 904 (2): 100. arXiv : 2001.03503 . Bibcode :2020ApJ...904..100R. doi : 10.3847/1538-4357/abb3ce . ISSN  0004-637X.
6. Hills, JG (март 1975 г.). «Возможный источник энергии сейфертовских галактик и квазаров». Nature . 254 (5498): 295–298. Bibcode :1975Natur.254..295H. doi :10.1038/254295a0. hdl : 2027.42/62978 . ISSN  1476-4687.
7. Rees, Martin J. (июнь 1988 г.). «Приливное разрушение звезд черными дырами массой 106–108 масс Солнца в соседних галактиках». Nature . 333 (6173): 523–528. Bibcode :1988Natur.333..523R. doi :10.1038/333523a0. ISSN  0028-0836.
8. Gezari, Suvi (11 июня 2013 г.). «События приливного разрушения». Бразильский журнал физики . 43 (5–6): 351–355. Bibcode :2013BrJPh..43..351G. doi :10.1007/s13538-013-0136-z. S2CID  122336157.
9. van Velzen, Sjoert (2011). "Optical Discovery of Probable Stellar Tidal Disruption Flares". The Astrophysical Journal . 741 (2): 73. arXiv : 1009.1627 . Bibcode :2011ApJ...741...73V. doi :10.1088/0004-637X/741/2/73 . Получено 6 мая 2024 г. .
10. Моклер, Бренна (2019). «Взвешивание черных дыр с использованием событий приливного разрушения». The Astrophysical Journal . 872 (2): 151. arXiv : 1801.08221 . Bibcode : 2019ApJ...872..151M. doi : 10.3847/1538-4357/ab010f .
11. Hammerstein, Erica; van Velzen, Sjoert; Gezari, Suvi; et al. (2023). «Переосмысление последнего сезона: 30 событий приливных разрушений из обзора ZTF-I». The Astrophysical Journal . 942 (1): 9. arXiv : 2203.01461 . Bibcode : 2023ApJ...942....9H. doi : 10.3847/1538-4357/aca283 . ISSN  0004-637X.
12. Holoien, Thomas W.-S.; Vallely, Patrick J.; Auchettl, Katie; Stanek, KZ; Kochanek, Christopher S.; French, K. Decker; Prieto, Jose L.; Shappee, Benjamin J.; Brown, Jonathan S.; Fausnaugh, Michael M.; Dong, Subo; Thompson, Todd A.; Bose, Subhash; Neustadt, Jack MM; Cacella, P.; Brimacombe, J.; Kendurkar, Malhar R.; Beaton, Rachael L.; Boutsia, Konstantina; Chomiuk, Laura; Connor, Thomas; Morrell, Nidia; Newman, Andrew B.; Rudie, Gwen C.; Shishkovsky, Laura; Strader, Jay (2019). «Открытие и ранняя эволюция ASASSN-19bt, первого TDE, обнаруженного TESS». Астрофизический журнал . 883 (2): 111. arXiv : 1904.09293 . Bibcode : 2019ApJ...883..111H. doi : 10.3847/1538-4357/ab3c66 . S2CID  128307681.
13. Хабибуллин, И.; Сазонов, С. (21 октября 2014 г.). «Кандидаты на приливные разрушения звезд, найденные путем кросс-корреляции каталога ярких источников ROSAT и наблюдений XMM–Newton». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 444 (2): 1041–1053. arXiv : 1407.6284 . doi : 10.1093/mnras/stu1491 . Получено 6 мая 2024 г. .
14. Gezari, S.; Martin, DC; Milliard, B.; Basa, S.; Halpern, JP; Forster, K.; Friedman, PG; Morrissey, P.; Neff, SG; Schiminovich, D.; Seibert, M.; Small, T.; Wyder, TK (10 декабря 2006 г.). "Ультрафиолетовое обнаружение приливного разрушения звезды сверхмассивной черной дырой". The Astrophysical Journal . 653 (1): L25–L28. arXiv : astro-ph/0612069 . Bibcode :2006ApJ...653L..25G. doi :10.1086/509918.
15. Гезари, Суви (01.09.2021). «События приливных разрушений». Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 59 : 21–58. arXiv : 2104.14580 . Bibcode : 2021ARA&A..59...21G. doi : 10.1146/annurev-astro-111720-030029. ISSN  0066-4146.
16. Golightly, ECA; Nixon, CJ; Coughlin, ER (01.09.2019). «О разнообразии скоростей отката от событий приливного разрушения с точной структурой звезд». The Astrophysical Journal . 882 (2): L26. arXiv : 1907.05895 . Bibcode : 2019ApJ...882L..26G. doi : 10.3847/2041-8213/ab380d . ISSN  0004-637X.
17. Яо, Юхан; Рави, Викрам; Гезари, Суви; ван Вельцен, Сьерт; Лу, Вэньбинь; Шульце, Стив; Сомальвар, Джин Дж.; Кулкарни, СР; Хаммерштейн, Эрика; Николл, Мэтт; Грэм, Мэтью Дж.; Перли, Дэниел А.; Ценко, С. Брэдли; Штейн, Роберт; Рикарте, Анджело (01 сентября 2023 г.). «Демография событий приливных разрушений с помощью переходной установки Цвики: объемные скорости, функция светимости и последствия для функции массы локальной черной дыры». Астрофизический журнал . 955 (1): Л6. arXiv : 2303.06523 . Бибкод : 2023ApJ...955L...6Y. дои : 10.3847/2041-8213/acf216 . ISSN  0004-637X.
18. Cendes, Y.; Alexander, KD; Berger, E.; Eftekhari, T.; Williams, PKG; Chornock, R. (1 октября 2021 г.). «Радионаблюдения обычного оттока из события приливного разрушения AT2019dsg». The Astrophysical Journal . 919 (2): 127. arXiv : 2103.06299 . Bibcode : 2021ApJ...919..127C. doi : 10.3847/1538-4357/ac110a . ISSN  0004-637X.
19. Эфтекхари, Т.; Бергер, Э.; Заудерер, бакалавр; Маргутти, Р.; Александр, КД (20 февраля 2018 г.). «Радиомониторинг события приливного разрушения Swift J164449.3+573451. III. Реактивная энергетика позднего времени и отклонение от равнораспределения». Астрофизический журнал . 854 (2): 86. arXiv : 1710.07289 . Бибкод : 2018ApJ...854...86E. дои : 10.3847/1538-4357/aaa8e0 .
20. Хенсли, Керри (2023-11-08). «Почему джеты из разрушенных звезд так редки?». AAS Nova . Получено 2023-12-04 .
21. Hills, JG (март 1975 г.). «Возможный источник энергии сейфертовских галактик и квазаров». Nature . 254 (5498): 295–298. Bibcode :1975Natur.254..295H. doi :10.1038/254295a0. hdl : 2027.42/62978 . ISSN  0028-0836.
22. Lacy, JH; Townes, CH; Hollenbach, DJ (ноябрь 1982 г.). «Природа центрального парсека Галактики». The Astrophysical Journal . 262 : 120. Bibcode : 1982ApJ...262..120L. doi : 10.1086/160402. ISSN  0004-637X.
23. Гезари, Суви (2014). «Приливное разрушение звезд сверхмассивными черными дырами». Physics Today . 67 (5): 37–42. Bibcode : 2014PhT....67e..37G. doi : 10.1063/PT.3.2382 . ISSN  0031-9228.
24. Блум, Джошуа (2011). «Возможный релятивистский струйный выброс из массивной черной дыры, питаемой приливно-возмущенной звездой» (PDF) . Science . 333 (6039): 203–206. arXiv : 1104.3257 . Bibcode :2011Sci...333..203B. doi :10.1126/science.1207150. PMID  21680812.
25. Cendes, Yvette (8 декабря 2021 г.). «Как черные дыры поглощают звезды?». Astronomy Magazine . Получено 7 мая 2024 г. .
26. van Velzen, Sjoert (2016). "Радиоструйный выброс от яркой оптической и рентгеновской вспышки звездного приливного разрушения ASASSN-14li". Science . 351 (6268): 62–65. arXiv : 1511.08803 . Bibcode :2016Sci...351...62V. doi :10.1126/science.aad1182. PMID  26612833.
27. Цзян, Нин; Доу, Лимин; Ван, Тингуй; Ян, Чэньвэй; Лю, Цзяньвэй; Чжоу, Хунъянь (1 сентября 2016 г.). «Обнаружение инфракрасного эха с помощью WISE в событии приливного разрушения ASASSN-14li». The Astrophysical Journal Letters . 828 (1): L14. arXiv : 1605.04640 . Bibcode : 2016ApJ...828L..14J. doi : 10.3847/2041-8205/828/1/L14 . S2CID  119159417.
28. Cendes, Y.; Berger, E.; Alexander, KD; Gomez, S.; Hajela, A.; Chornock, R.; Laskar, T.; Margutti, R.; Metzger, B.; Bietenholz, MF; Brethauer, D.; Wieringa, MH (1 октября 2022 г.). "A Mildly Relativistic Outflow Launched Two Years After Disruption in Tidal Disruption Event AT2018hyz". The Astrophysical Journal . 938 (1): 28. arXiv : 2206.14297 . Bibcode : 2022ApJ...938...28C. doi : 10.3847/1538-4357/ac88d0 .
29. Мацумото, Тацуя; Пиран, Цви (2 мая 2023 г.). «Обобщенный метод равнораспределения с произвольного угла обзора». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 522 (3): 4565–4576. arXiv : 2211.10051 . doi : 10.1093/mnras/stad1269 .
30. Гарнер, Роб (25.09.2019). «TESS обнаружил свою первую черную дыру, уничтожающую звезды». NASA . Получено 28.09.2019 .
31. Николл, М.; Веверс, Т.; Оутс, СР; Александр, КД; Лелудас, Г.; Онори, Ф.; Джеркстранд, А.; Гомес, С.; Кампана, С. (2020-09-14). «Отток питает оптический подъем близлежащего быстроразвивающегося приливного события AT2019qiz». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 499 (1): 482–504. arXiv : 2006.02454 . Bibcode : 2020MNRAS.499..482N. doi : 10.1093/mnras/staa2824 . S2CID  219305100.
32. Андреони, Игорь (2022). «Очень светящаяся струя от разрушения звезды массивной черной дырой» (PDF) . Nature . 612 (7940): 430–434. arXiv : 2211.16530 . Bibcode :2022Natur.612..430A. doi :10.1038/s41586-022-05465-8. PMID  36450988.
33. Линь, Дачэн (25 июля 2020 г.). «ATel # 13895: ASASSN-20hx — кандидат на событие жесткого приливного разрушения» . Телеграмма астронома . Проверено 25 июля 2020 г.
34. Хинкль, Дж. Т.; и др. (24 июля 2020 г.). «Atel #13893: Классификация ASASSN-20hx как кандидата на событие приливного разрушения». The Astronomer's Telegram . Получено 24 июля 2020 г. .

Внешние ссылки

• Открытый каталог TDE — каталог заявленных событий, связанных с приливными нарушениями.