Τι συμβαίνει όταν ένα αστέρι βρεθεί πολύ κοντά σε μια μαύρη τρύπα;

To 1988 o Martin J. Rees, σε μια επιστημονική εργασία στο περιοδικό Nature έγραφε: “Αστέρια τα οποία βρίσκονται κοντά στα κέντρα γαλαξιών μπορούν είτε να παγιδευτούν είτε να δεχθούν παλιρροιακές διαταραχές από την κεντρική μαύρη τρύπα. Υπολείμματα του άστρου μπορούν να εκτοξευθούν με μεγάλη ταχύτητα, ενώ τα υπόλοιπα μπορεί να τα “καταπιεί” η μαύρη τρύπα παράγοντας μία έκλαμψη διάρκειας μερικών χρόνων. Τέτοια φαινόμενα επαληθεύουν την παρουσία υπερμαζικών μελανών οπών (με μάζες της τάξεως εκατομμυρίων ή εκατοντάδων εκατομμυρίων ηλιακών μαζών) στα κέντρα πολλών κοντινών γαλαξιών. Αυτή η αστρική διαταραχή θα μπορούσε να έχει ενδιαφέρουσες συνέπειες και στο δικό μας γαλαξιακό κέντρο αν μία μαύρη τρύπα εκατομμυρίων ηλιακών μαζών “ζούσε” εκεί”.

Εν έτει 2020 είμαστε πλέον πεπεισμένοι ότι στο κέντρο του Γαλαξία μας υπάρχει μία μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 4,4 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, όμως κι οι επιστήμονες παρατηρούν τα λεγόμενα TDEs (Tidal Disruption Events), τα οποία θα μπορούσαμε να μεταφράσουμε ως Γεγονότα Παλιρροιακής Διαταραχής. Η λίστα όσων TDEs έχουν καταγραφεί έως σήμερα (λαμβάνοντας υπόψη και υποψήφια γεγονότα) περιέχει λιγότερα από 100 αντικείμενα.

Η πρώτη ανακάλυψη των TDEs επιβεβαιώθηκε το 1990 από τις παρατηρήσεις θεαματικών εκρήξεων, που προκλήθηκαν από την προσαύξηση αστρικών συντριμμιών γύρω από ένα μαζικό αντικείμενο, το οποίο βρίσκεται στην καρδιά ενός ενεργού γαλαξιακού πυρήνα, αλλά και στην καρδιά του Γαλαξία μας (Sgr A*). Η ύπαρξη των TDEs εξηγεί ακόμη και την υπέρλαμπρη έκρηξη ενός υπερκαινοφανούς αστέρα (SN 2015L), ένα αστέρι δηλαδή το οποίο εξερράγη και μετά εξαφανίστηκε πίσω από τον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας.

Πώς εξηγούνται όμως αυτά τα γεγονότα; Το “μέγεθος” μιας μαύρης τρύπας ορίζεται από την ακτίνα Schwarzschild ή αλλιώς την ακτίνα στην οποία τίποτα δεν μπορεί να της ξεφύγει. Η μάζα μιας μαύρης τρύπας καθορίζει επίσης την «ακτίνα παλιρροιακής διαταραχής» ή με άλλα λόγια την ακτίνα στην οποία η μαύρη τρύπα μπορεί να διαταράξει ένα αστέρι. Με κάποιους απλούς υπολογισμούς αποδεικνύεται ότι για ολοένα και πιο μαζικές μαύρες τρύπες, η ακτίνα Schwarzschild μπορεί να γίνει ίση με την ακτίνα παλιρροιακής διαταραχής και κάθε αστέρι που πλησιάζει αρκετά τη μαύρη τρύπα να χάνεται πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων. Ωστόσο, είναι πολύ πιθανό το αστέρι να αλληλεπιδράσει με τη μαύρη τρύπα χωρίς να το “καταπιεί” εντελώς. Εδώ μπαίνουν τα γεγονότα παλιρροιακής διαταραχής.

Από αριθμητικές προσομοιώσεις γνωρίζουμε ότι το 50% της μάζας του αστέρα προσπίπτει στη μαύρη τρύπα προκαλώντας μία έκλαμψη. Η υπόλοιπη μάζα του αστέρα δημιουργεί έναν δίσκο προσαύξησης γύρω από τη μαύρη τρύπα, ο οποίος εκπέμπει θερμική ακτινοβολία. Η ακτινοβολία αυτή παρατηρείται παροδικά και διαρκεί από μερικές εβδομάδες έως κάποιους μήνες πριν σβήσει.

Σε μερικές σπάνιες περιπτώσεις, τα μεγάλα ποσοστά προσρόφησης μπορούν να δημιουργήσουν σχετικιστικούς πίδακες. Οι πίδακες λειτουργούν ως “κοσμικοί επιταχυντές” εντός των οποίων σωματίδια μπορούν να φτάσουν ταχύτητες εξαιρετικά κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Η αλληλεπίδραση των σωματιδίων με την ύλη, τα μαγνητικά πεδία και τα φωτόνια τα οποία υπάρχουν εκεί μπορούν να οδηγήσουν στην παραγωγή ακτινοβολίας που καλύπτει όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Μέχρι τώρα έχουν παρατηρηθεί μονάχα τρία TDEs που σχετίζονται με την ύπαρξη τέτοιων πιδάκων. Το γεγονός αυτό, καθιστά τα TDEs εξαιρετικά εργαστήρια για τη μελέτη της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων και τα συσχετίζει με τις πηγές των κοσμικών ακτίνων και νετρίνων υψηλών ενεργειών. Μπορείτε να επισκευθείτε τη σελίδα http://TDE.space προκειμένου να δείτε τον κατάλογο των TDEs (καθώς και των υποψηφίων) που έχουν παρατηρηθεί.