潮汐擾乱現象の謎を解明する

宇宙は激しい場所なので、星の寿命がここで短くなってしまう可能性があります。 これは、星が「悪い」近傍、特に大規模な星団の近くにある場合に起こります。 ブラックホール。

これらのブラック ホールは、太陽の数百万倍、さらには数十億倍の質量を誇り、通常は静かな銀河の中心で見つかります。 星がブラックホールから遠ざかるにつれて、超大質量ブラックホールから上向きの重力を受け、最終的には星を無傷に保つ力に打ち勝ちます。 これにより、星が破壊または破壊され、潮汐破壊現象 (TDE) として知られる現象が発生します。

「星が破裂した後、そのガスはブラックホールの周りに降着円盤を形成します。円盤からの明るいバーストは、特にX線を検出する望遠鏡や衛星で、ほぼすべての波長で観察できます」とトゥルク大学およびフィンランド天文学センターの博士研究員ヤニス・リオウダキス氏は言う。 ESO （ヴィンカ）。

TDE を検出できた実験はあまりなかったため、最近まで TDE について知っていたのは少数の研究者だけでした。 しかし、近年、科学者たちはより多くの TDE を監視するツールを開発しました。 興味深いことに、しかしおそらく驚くべきことではないかもしれませんが、これらの観察は研究者たちが現在研究している新たな謎につながりました。

「光学望遠鏡による大規模実験の観察により、可視光のバーストが明確に検出できるにもかかわらず、多くのTDEがX線を生成しないことが明らかになりました。この発見は、TDEで破壊された恒星物質の進化についての私たちの基本的な理解に矛盾します」とリオダキス氏は指摘する。

潮汐破壊現象では、星が超大質量ブラック ホールに十分接近し、ブラック ホールの重力によって星が破壊されるまで曲げられます (画像 1)。 破壊された星からの星間物質は、ブラックホールの周りに楕円形の流れを形成します（画像2）。 ブラックホールを周回した後、ガスが戻る途中でブラックホールの周囲に潮汐衝撃が形成されます(画像3)。 潮汐衝撃は、光学波長および紫外線波長で観察できる偏光の明るいバーストを生成します。 時間の経過とともに、破壊された星からのガスは、ゆっくりとブラック ホールに引き込まれながら、ブラック ホールの周囲に降着円盤を形成します (画像 4)。 注: 画像のサイズは正確ではありません。 クレジット: ジェニー・ガーマニネン

雑誌に掲載された研究 科学 フィンランド天文学センターとESOが率いる国際天文学者チームは、TDEから来る偏光がこの謎を解く鍵である可能性があることを示唆しています。

ブラックホールの周囲に明るいX線降着円盤が形成されるのではなく、多くのTDEで検出される光学光や紫外光で観測される爆発は、潮汐衝撃に起因する可能性がある。 これらの衝撃は、破壊された星からのガスがブラックホールを周回した後、戻る途中で自身に衝突する際に、ブラックホールから遠く離れた場所で形成されます。 明るい X 線降着円盤は、これらの出来事の後半に形成されるでしょう。

「光の偏光は、天体物理システムの基本的なプロセスに関する独自の情報を提供します。TDE から測定した偏光は、これらの潮汐衝撃によってのみ説明できます」と、この研究の筆頭著者であるリオウダキス氏は述べています。

偏光は研究者が星の破壊を理解するのに役立ちました

研究チームは、2020年末にガイア衛星から、AT 2020motとして識別される近くの銀河での一時的な核イベントに関する一般警報を受信した。 その後、研究者らは、トゥルク大学が所有するスカンジナビア光学望遠鏡（NOT）で行われた光偏光や分光観測を含む幅広い波長でAT 2020motを観測した。 NOT で行われた観察は、この発見を可能にするのに特に役立ちました。 また、高校生対象の天文観測講座の一環として偏光の観測も実施しました。

「研究で使用したスカンジナビア光学望遠鏡と偏光計は、超大質量ブラックホールとその環境を理解する私たちの取り組みに役立ってくれました」と、NOTで偏光観測と分析を主導したFINCAとトゥルク大学の博士研究員ジェニー・ジョルマニネンは語る。

研究者らは、AT 2020mot からの光が高度に偏光しており、時間の経過とともに変化することを発見しました。 多くの試みにもかかわらず、電波望遠鏡も X 線望遠鏡も、噴火のピーク前、噴火中、あるいは噴火のピーク後数か月経っても、この噴火からの放射線を検出できませんでした。

「AT2020motの偏光度を見たとき、周囲のガスが蓄積する超大質量ブラックホールの周囲でよく観察されるように、ブラックホールから噴出するジェットをすぐに思いつきました。しかし、ジェットは見つかりませんでした」とトゥルク大学フェンカ大学の学術研究員エレナ・リンドフォースは言う。

天文学者チームは、このデータが、星間ガスの流れがそれ自体と衝突し、ブラックホールの周りの軌道の中心付近と前方に隆起を形成するというシナリオとよく一致していることに気づきました。 次に、衝撃によって磁場が増幅され、それが恒星の流れの中に配置され、自然に高度に偏光した光が生成されます。 光の偏光レベルはほとんどのモデルでは説明できないほど高すぎ、時間の経過とともに変化するという事実がさらに困難を引き起こしました。

「潮汐衝撃モデルを除いて、私たちが検討したすべてのモデルは観測を説明できませんでした」と、観測当時FINCAの天文学者であり、現在はノルウェー科学技術大学（NTNU）で働くカリ・コリオネンは指摘する。

研究者らは今後もTDEから来る偏光の監視を続け、星が衝突した後に何が起こるのかを間もなくさらに解明するかもしれない。

参考文献：「潮汐擾乱イベントにおける恒星流衝撃衝突からの光学的偏光」I.A. レオダキス、KII コルヨネン、D. ブリノフ、E. リンドフォース、K.D. アレクサンダー、T. ホヴァッタ、M. バートン、A. ハジェラ、J. ヨルマナイネン、K. クルンパトザキス、N. マンダラカス、K.
DOI: 10.1126/science.abj9570