Sternenspin könnte erklären, warum wiederholte Flares schwarzer Löcher schwächer werden

Astronomen haben eine mögliche Erklärung dafür entdeckt, warum wiederholte Flares von Sternen, die mit supermassiven Schwarzen Löchern interagieren, im Laufe der Zeit allmählich schwächer werden. Laut einer kürzlich im Astrophysical Journal veröffentlichten Studie scheint der Schlüsselfaktor die Rotationsgeschwindigkeit des Sterns selbst zu sein. Diese Entdeckung kommt nach Jahren der Unsicherheit bezüglich des beobachteten Verhaltens von wiederkehrenden partiellen Gezeitenstörungen (rpTDE).

Wenn sich ein Stern einem solchen Schwarzen Loch zu nahe nähert, können die immensen Gravitationskräfte den Stern entweder vollständig zerstören oder ihn teilweise auseinander reißen, je nachdem, wie nah die Annäherung auftritt. Wenn die Zerstörung unvollständig ist, umkreist der verbleibende Teil des Sterns das Schwarze Loch weiter und verliert in nachfolgenden Begegnungen regelmäßig mehr Material. Diese Wechselwirkungen erzeugen beobachtbare Lichtflammen, die Wissenschaftlern eine seltene Chance bieten, dasselbe kosmische Ereignis mehrmals zu beobachten. Forscher haben seit langem festgestellt, dass einige dieser Flammen mit jedem Wiederholen an Helligkeit zu verringern scheinen.

Ein Team von Astrophysikern an der Syracuse University, darunter Doktorand Ananya Bandopadhyay, Postdoktorand Benjamin Amend und Associate Professor Eric Coughlin, versuchte diese Diskrepanz durch detaillierte Simulationen und Analysen zu beheben. Die Ergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass die Geschwindigkeit, mit der ein Stern während dieser Begegnungen Masse verliert, erheblich von seiner inneren Struktur und seinem anfänglichen Spin beeinflusst wird.

Hochmassigen Sternen dagegen ähnelt eine Zwiebel mit einem dichten Kern, die nur die äußeren Schichten zunächst abwerfen und den Kern für längere Zeiträume erhalten. Dieser strukturelle Unterschied hilft, Variationen in der Helligkeit von Flares zu erklären, löste jedoch nicht vollständig das Problem des fortschreitenden Dämpfens. Frühere Simulationen zeigten, dass selbst wenn bei jeder Begegnung weniger Material in das Schwarze Loch fiel, die resultierenden Flares fast konstant in der Helligkeit blieben. Dieser Widerspruch veranlasste weitere Untersuchungen.

Bandopadhyay und ihre Kollegen entdeckten, dass die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs nicht nur Material vom Stern abreißen, sondern auch ein Drehmoment ausüben, das die Rotationsgeschwindigkeit des Sterns bei jeder näheren Annäherung erhöht.

Sie fanden heraus, dass, wenn sich ein Stern bereits vor der Begegnung mit dem Schwarzen Loch schnell drehte, die Kombination aus seinem bereits vorhandenen Winkelmomentum und dem zusätzlichen Spin, der durch die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs induziert wurde, zu einer spürbaren Verringerung der Helligkeit nachfolgender Fackeln führen könnte.

Durch die Einbeziehung von Faktoren wie dem Sternenspin und der inneren Struktur bietet das Team einen umfassenderen Rahmen für das Verständnis, wie sich diese kosmischen Phänomene im Laufe der Zeit entwickeln. Die Implikationen dieser Arbeit gehen über die bloße Erklärung der Verdunkelung von Fackeln hinaus. Es eröffnet neue Wege für die Untersuchung der Physik von Sternen und Schwarzen Löchern, insbesondere in Umgebungen, in denen wiederholte Wechselwirkungen auftreten. Zukünftige Beobachtungen sollen bestätigen, ob der anfängliche Spin von Sternen eine Rolle bei anderen ähnlichen Ereignissen spielt und möglicherweise die aktuellen Modelle der Sternentwicklung in der Nähe von massiven Schwarzen Löchern verfeinern.

Wissenschaftler beobachten den Himmel weiterhin mit Hilfe von Zeitmessungen, die sich über ein weites Feld erstrecken, und suchen nach Veränderungen in der Helligkeit, die auf die fortlaufende Wechselwirkung zwischen Sternen und Schwarzen Löchern hindeuten.