Novas observações de buraco negro devorando uma estrela revelar formação de disco rápida

Novas observações TDE liderada por astrônomos da Universidade da Califórnia Santa Cruz agora fornecem evidência clara de que os restos dos formulários estrela um disco rotativo, chamado um disco de acreção, em torno do buraco negro. Os teóricos têm debatido se um disco de acreção pode formar de forma eficiente durante um evento de interrupção das marés, e as novas descobertas, aceitos para publicação no Astrophysical Journal e disponível on-line, deve ajudar a resolver essa questão, disse o primeiro autor Tiara Hung, pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Califórnia Santa Cruz.

"Em teoria clássica, o alargamento da TDE é alimentado por um disco de acreção, produzindo raios-x da região interna onde espirais de gás quente para dentro do buraco negro", disse Hung. "Mas para a maioria TDES, não vemos raios-x, a maioria deles brilhar no ultravioleta e comprimentos de onda ópticos, por isso, foi sugerido que, em vez de um disco, estamos vendo as emissões da colisão de fluxos de detritos estelares."

Coauthors Enrico Ramirez-Ruiz, professor de astronomia e astrofísica da UCSC, e Jane Dai, da Universidade de Hong Kong desenvolveu um modelo teórico, publicado em 2018, que pode explicar por que os raios X geralmente não são observados em TDES apesar da formação de um disco de acreção. As novas observações fornecem um forte apoio para este modelo.

"Esta é a primeira confirmação sólida que discos de acreção formar nestes eventos, mesmo quando não vemos raios-x", disse Ramirez-Ruiz. "A região perto do buraco negro é obscurecida por um vento opticamente espessa, por isso, não vemos as emissões de raios-x, mas vemos luz óptica de um disco elíptico prolongado".

A evidência reveladora de um disco de acreção vem de observações espectroscópicas. O co-autor Ryan Foley, professor assistente de astronomia e astrofísica da UCSC, e sua equipe começou a monitorar a TDE (chamado AT 2018hyz) depois que foi detectada pela primeira vez em novembro 2018 pela Pesquisa Automated All Sky para supernovas (ASAS-SN). Foley notado um espectro incomum enquanto observa a TDE com o telescópio Shane 3 metros no Observatório Lick da UC na noite de 01 de janeiro de 2019.

"Meu queixo caiu, e eu imediatamente sabia que isso ia ser interessante", disse ele. "O que mais se destacou foi a linha de hidrogênio, a emissão de gás hidrogênio, que tinha um perfil duplo pico que era diferente de qualquer outro TDE nós tínhamos visto."

Foley explicado que o pico duplo nos resultados do espectro de efeito Doppler, que muda a frequência de luz emitida por um objecto em movimento. Num disco de acreção em espiral em torno de um buraco negro e visto em ângulo, uma parte do material vai ser movendo-se para o observador, de modo que a luz que emite vai ser deslocado para uma frequência mais alta, e uma parte do material vai ser afastando-se do observador, a sua luz mudou para uma frequência mais baixa.

"É o mesmo efeito que faz com que o som de um carro em uma pista de corrida para mudança de um tom alto como o carro vem em sua direção para um tom mais baixo quando se passa e começa a se mover para longe de você", disse Foley. "Se você está sentado na arquibancada, os carros em um turno são todos movendo em direção a você e os carros na outra vez, estão se afastando de você. Em um disco de acreção, o gás está se movendo ao redor do buraco negro de forma semelhante , e é isso que dá os dois picos no espectro."

A equipe continuou a recolher dados ao longo dos próximos meses, observando a TDE com vários telescópios como ele evoluiu ao longo do tempo. Hung conduziu uma análise detalhada dos dados, o que indica que a formação do disco ocorreu de forma relativamente rápida, em questão de semanas após a interrupção da estrela. Os resultados sugerem que a formação de disco pode ser comum entre TDES opticamente detectados, apesar da raridade de emissão dupla de pala, que depende de factores, tais como a inclinação do disco em relação ao observador.

"Eu acho que nós tivemos muita sorte com este," disse Ramirez-Ruiz. "Nossas simulações mostram que o que observamos é muito sensível à inclinação. Há uma orientação preferida para ver esses recursos duplo pico, e uma orientação diferente para ver emissões de raios-x."

Ele observou que a análise de Hung de observações de acompanhamento multi-comprimento de onda, incluindo fotométrica e dados espectroscópicos, fornece insights sem precedentes sobre esses acontecimentos incomuns. "Quando temos espectros, podemos aprender muito sobre a cinemática do gás e obter uma compreensão muito mais clara do processo de acreção e que está alimentando as emissões", disse Ramirez-Ruiz.