L’immagine raffigura la simulazione di un TDE. Una stella viene distrutta dalle forze di marea passando in vicinanza di un buco nero. Credit: NASA/S. Gezari (JHU)/J. Guillochon (UCSC)
Quando una stella molto “sfortunata” passa in prossimità di un buco nero dormiente, essa viene distrutta dalle intense forze di marea: si parla di “evento distruttivo mareale”, meglio noto come TDE (Tidal Disruption Event), un processo che alimenta per breve tempo il buco nero. Stranamente, non si conoscono così tanti TDE, che di solito vengono rivelati grazie ai loro segnali caratteristici, come vorrebbe la teoria. Oggi, però, uno studio recente suggerisce che la mancata rivrelazione di tali eventi è dovuta al modo con cui le “scie” costituite dai resti delle stelle distrutte precipitano verso i buchi neri. I risultati sono riportati su Astrophysical Journal.
Quando un buco nero fa a pezzi una stella, il suo materiale si distribuisce in quello che gli astronomi chiamano “flusso o coda mareale”. Questo insieme formato dai resti della stella distrutta si allunga seguendo una traiettoria attorno al buco nero. Circa metà del materiale precipita alla fine sul buco nero dopo aver compito una serie di orbite. Nel punto in cui le orbite si intersecano, la materia interagisce con sè stessa, inizia a muoversi seguendo un moto circolare e alla fine forma un disco di accrescimento attorno al buco nero.
La domanda è: che aspetto ha un TDE? Gli astronomi non osservano nulla fino a quando la materia inizia ad accrescersi attorno al buco nero, una volta cioè che è entrata in collisione. A quel punto, si ha un improvviso picco di luminosità che gradualmente decresce nel momento in cui la parte finale della coda, formata da ciò che è rimasto della stella, inizia ad accrescersi e quando il materiale che alimenta il buco nero alla fine si esaurisce.
Dunque, come mai sono stati osservati solamente una decina di TDE rispetto ai tanti numerosi casi che predice la teoria? Analizzando la struttura di queste “code mareali”, gli autori James Guillochon del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e Enrico Ramirez-Ruiz dell’University of California a Santa Cruz hanno trovato una possibile spiegazione: il colpevole è da individuarsi nella relatività generale.
Simulazioni relative ad una serie di traiettorie per una coda mareale attorno a un buco. La precessione relativistica fa sì che la coda mareale si avvolga 13 volte attorno al buco nero prima di collidere con sè stessa. Credit: Guillochon&Ramirez-Ruiz 2015
Guillochon e Ramirez-Ruiz hanno realizzato una serie di simulazioni di eventi TED attorno a buchi neri di massa e rotazione differenti per verificare quale forma assume la coda mareale risultante nel corso del tempo. Gli autori hanno trovato che la precessione della coda mareale dovuta agli effetti gravitazionali del buco nero modifica il modo con cui il flusso interagisce con sé stesso, il che si riflette su ciò che osserviamo. E’ stato notato che alcuni casi si comportano come un “classico” TDE, mentre altri si comportano diversamente.
In quei casi dove gli effetti relativistici sono minimi, e dove la massa del buco nero è inferiore a qualche milione di masse solari, la coda mareale collide con sé stessa dopo qualche avvolgimento attorno al buco nero, formando rapidamente un disco di accrescimento. Tuttavia, il disco si forma ad una certa distanza dal buco nero perciò impiega più tempo prima di accrescere. In altre parole, il brillamento osservato può richiedere 100 volte più tempo prima di raggiungere il picco di luminosità rispetto a un TDE classico, il che spiega come mai gli astronomi non sono in grado di identificare queste sorgenti come dei veri e propri TDE.
Infine, nei casi in cui gli effetti relativistici diventano significativi, e i buchi neri sono più massivi, la coda mareale non interagisce con sé stessa, perciò possono essere necessari diversi avvolgimenti attorno al buco nero prima che si abbia la collisione. Il risultato è che in questi casi trascorrono degli anni prima che il materiale inizi ad accrescersi, una situazione che permette agli astronomi di osservare più facilmente l’evento.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su Astrophysical Journal: James Guillochon & Enrico Ramirez-Ruiz – A DARK YEAR FOR TIDAL DISRUPTION EVENTS
- Il preprint su arXiv: A Dark Year for Tidal Disruption Events