Esta ilustração mostra um fluxo brilhante de material de uma estrela sendo devorado por um buraco negro supermassivo no brilho da perturbação das marés. Quando uma estrela passa a uma certa distância de um buraco negro – perto o suficiente para ser interrompida pela gravidade – a matéria estelar é esticada e comprimida à medida que cai no buraco negro. Crédito: NASAJPL-Caltech
Um grupo de físicos desenvolveu um modelo que traça a órbita inesperada de uma estrela em torno de uma massa supermassiva[{” attribute=””>black hole, uncovering new insights into one of the cosmos’ most extreme environments.
Millions of light-years away in a remote galaxy, a star is being torn apart by the immense gravitational pull of a supermassive black hole. The destruction of the star results in a stream of debris that falls back onto the black hole, forming an accretion disk – a bright and hot disk of material that swirls around the black hole.
The process of a star being destroyed by a supermassive black hole and fueling a bright accretion flare is known as a tidal disruption event (TDE). These events are believed to occur approximately once every 10,000 to 100,000 years in any given galaxy.
With luminosities exceeding entire galaxies (i.e., billions of times brighter than our Sun) for brief periods of time (months to years), accretion events enable astrophysicists to study supermassive black holes (SMBHs) from cosmological distances, providing a window into the central regions of otherwise-quiescent – or dormant – galaxies. By probing these “strong-gravity” events, where Einstein’s general theory of relativity is critical for determining how matter behaves, TDEs yield information about one of the most extreme environments in the universe: the event horizon – the point of no return – of a black hole.
TDEs are usually “once-and-done” because the extreme gravitational field of the SMBH destroys the star, meaning that the SMBH fades back into darkness following the accretion flare. In some instances, however, the high-density core of the star can survive the gravitational interaction with the SMBH, allowing it to orbit the black hole more than once. Researchers call this a repeating partial TDE.
This illustration depicts a star (in the foreground) experiencing spaghettification as it’s sucked in by a supermassive black hole (in the background) during a ‘tidal disruption event’. Credit: ESOM Kornmesser
A team of physicists, including lead author Thomas Wevers, Fellow of the European Southern Observatory, and co-authors Eric Coughlin, assistant professor of physics at Syracuse University, and Dheeraj R. “DJ” Pasham, a research scientist at MIT’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, have proposed a model for a repeating partial TDE.
Their findings, published in Astrophysical Journal Letters, describe the capture of the star by a SMBH, the stripping of the material each time the star comes close to the black hole, and the delay between when the material is stripped and when it feeds the black hole again. The team’s work is the first to develop and use a detailed model of a repeating partial TDE to explain the observations, make predictions about the orbital properties of a star in a distant galaxy, and understand the partial tidal disruption process.
The team is studying a TDE known as AT2018fyk (AT stands for “Astrophysical Transient”). The star was captured by a SMBH through an exchange process known as “Hills capture,” where the star was originally part of a binary system (two stars that orbit one another under their mutual gravitational attraction) that was ripped apart by the gravitational field of the black hole. The other (non-captured) star was ejected from the center of the galaxy at speeds comparable to ~ 1000 km/s, which is known as a hypervelocity star.
Once bound to the SMBH, the star powering the emission from AT2018fyk has been repeatedly stripped of its outer envelope each time it passes through its point of closest approach with the black hole. The stripped outer layers of the star form the bright accretion disk, which researchers can study using X-Ray and Ultraviolet /Optical telescopes that observe light from distant galaxies.
Animação descrevendo um evento parcial de perturbação das marés – onde um buraco negro destrói repetidamente uma estrela. Crédito: Syracuse University, Weavers, Coughlin, Basham et al. (2022)
De acordo com Wevers, ter a oportunidade de estudar TDE parcial dá uma visão sem precedentes sobre a existência de buracos negros supermassivos e a dinâmica orbital de estrelas em centros galácticos.
“Até agora, a suposição era que, quando vemos as consequências de um encontro próximo entre uma estrela e um buraco negro supermassivo, o resultado seria fatal para a estrela, ou seja, a estrela seria completamente destruída”, diz ele. “Mas, ao contrário de todos os outros TDEs que conhecemos, quando apontamos nossos telescópios para o mesmo local novamente vários anos depois, descobrimos que ele havia voltado a brilhar novamente. Isso nos levou a sugerir que, em vez de ser fatal, parte do A estrela sobreviveu ao encontro inicial e voltou ao mesmo.
Descoberto pela primeira vez em 2018, o AT2018fyk foi inicialmente visto como um TDE normal. A fonte permaneceu brilhante por cerca de 600 dias em raios-X, mas de repente escureceu e ficou indetectável – o resultado da reentrada do núcleo estelar no buraco negro, explica ele.[{” attribute=””>MIT physicist Dheeraj R. Pasham.
“When the core returns to the black hole it essentially steals all the gas away from the black hole via gravity and as a result, there is no matter to accrete and hence the system goes dark,” Pasham says.
It wasn’t immediately clear what caused the precipitous decline in the luminosity of AT2018fyk, because TDEs normally decay smoothly and gradually – not abruptly – in their emission. But around 600 days after the drop, the source was again found to be X-ray bright. This led the researchers to propose that the star survived its close encounter with the SMBH the first time and was in orbit about the black hole.
Using detailed modeling, the team’s findings suggest that the orbital period of the star about the black hole is roughly 1,200 days, and it takes approximately 600 days for the material that is shed from the star to return to the black hole and start accreting. Their model also constrained the size of the captured star, which they believe was about the size of the sun. As for the original binary, the team believes the two stars were extremely close to one another before being ripped apart by the black hole, likely orbiting each other every few days.
So how could a star survive its brush with death? It all comes down to a matter of proximity and trajectory. If the star collided head-on with the black hole and passed the event horizon – the threshold where the speed needed to escape the black hole surpasses the speed of light – the star would be consumed by the black hole. If the star passed very close to the black hole and crossed the so-called “tidal radius” – where the tidal force of the hole is stronger than the gravitational force that keeps the star together – it would be destroyed. In the model they have proposed, the star’s orbit reaches a point of closest approach that is just outside of the tidal radius, but doesn’t cross it completely: some of the material at the stellar surface is stripped by the black hole, but the material at its center remains intact.
How, or if, the process of the star orbiting the SMBH can occur over many repeated passages is a theoretical question that the team plans to investigate with future simulations. Syracuse physicist Eric Coughlin explains that they estimate between 1 to 10% of the mass of the star is lost each time it passes the black hole, with the large range due to uncertainty in modeling the emission from the TDE.
“If the mass loss is only at the 1% level, then we expect the star to survive for many more encounters, whereas if it is closer to 10%, the star may have already been destroyed,” notes Coughlin.
The team will keep their eyes to the sky in the coming years to test their predictions. Based on their model, they forecast that the source will abruptly disappear around August 2023 and brighten again when the freshly stripped material accretes onto the black hole in 2025.
The team says their study offers a new way forward for tracking and monitoring follow-up sources that have been detected in the past. The work also suggests a new paradigm for the origin of repeating flares from the centers of external galaxies.
“In the future, it is likely that more systems will be checked for late-time flares, especially now that this project puts forth a theoretical picture of the capture of the star through a dynamical exchange process and the ensuing repeated partial tidal disruption,” says Coughlin. “We’re hopeful this model can be used to infer the properties of distant supermassive black holes and gain an understanding of their “demographics,” being the number of black holes within a given mass range, which is otherwise difficult to achieve directly.”
The team says the model also makes several testable predictions about the tidal disruption process, and with more observations of systems like AT2018fyk, it should give insight into the physics of partial tidal disruption events and the extreme environments around supermassive black holes.
“This study outlines methodology to potentially predict the next snack times of supermassive black holes in external galaxies,” says Pasham. “If you think about it, it is pretty remarkable that we on Earth can align our telescopes to black holes millions of light years away to understand how they feed and grow.”
Reference: “Live to Die Another Day: The Rebrightening of AT 2018fyk as a Repeating Partial Tidal Disruption Event” by T. Wevers, E. R. Coughlin, D. R. Pasham, M. Guolo, Y. Sun, S. Wen, P. G. Jonker, A. Zabludoff, A. Malyali, R. Arcodia, Z. Liu, A. Merloni, A. Rau, I. Grotova, P. Short and Z. Cao, 12 January 2023, The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/ac9f36
WASHINGTON – O primeiro lançamento do foguete Ariane 6 está previsto para ocorrer na primeira quinzena de julho, quando o veículo tomar forma no local de lançamento na Guiana Francesa.
A Agência Espacial Europeia anunciou em 21 de maio que a equipe conjunta que trabalha no Ariane 6, incluindo a ESA, o contratante principal Ariane Group, o provedor de serviços de lançamento Arianespace e a agência espacial francesa CNES, espera que o lançamento inaugural do Ariane 6 ocorra nas primeiras duas semanas. de 2017. 2019. Julho.
Isso está no meio do prazo anunciado anteriormente pela ESA, entre meados de junho e o final de julho. A Agência Espacial Europeia disse que uma data específica, embora provisória, para o lançamento será anunciada no show aéreo ILA em Berlim, agendado para 5 a 9 de junho.
A atualização foi a primeira revisão da data de lançamento desde novembro de 2023, quando a ESA anunciou uma janela de meados de junho ao final de julho. As autoridades disseram anteriormente que forneceriam uma atualização sobre o lançamento após concluir uma revisão de qualificação programada para terminar no final de abril.
Na sua última atualização, a ESA afirmou que concluiu a revisão de qualificação em 29 de abril. Os trabalhadores também começaram a empilhar o foguete, anexando seus dois propulsores sólidos ao estágio central. O estágio superior e as cargas úteis serão instalados em junho, antes de um teste de abastecimento e contagem regressiva de treinamento, denominado ensaio molhado, agendado para 18 de junho.
Embora a Agência Espacial Europeia ainda não tenha fornecido uma atualização sobre as datas de lançamento do Ariane 6, executivos de dois grandes fornecedores disseram acreditar que o lançamento ocorreu dentro do cronograma. “Parece-me que estamos indo na direção certa para um voo em julho”, disse o CEO da Aveo, Giulio Ranzo, sobre o Ariane 6 em uma teleconferência de resultados em 9 de maio. A Avio produz os motores de foguete sólidos usados nos propulsores Ariane 6.
“Estamos muito confiantes de que o Ariane 6 será lançado dentro do período de lançamento conhecido, de meados de junho até o final de julho”, disse o CEO da OHB, Marco Fox, na teleconferência de resultados de sua empresa em 8 de maio. “Acho que os preparativos estão indo muito bem.”
Joseph Aschbacher, Diretor Geral da Agência Espacial Europeia, descreveu o primeiro lançamento do veículo Ariane 6 como “o grande evento do ano” para a Europa no domínio do espaço durante a sessão da trigésima nona sessão da conferência.sim Simpósio Espacial em abril. Um voo bem-sucedido do tão esperado Ariane 6 ajudaria a aliviar a “crise de lançamento” que forçou a Agência Espacial Europeia e a Comissão Europeia a comprar muitos lançamentos do Falcon 9 da SpaceX. Isto inclui o lançamento agendado para 28 de maio do EarthCARE, uma missão conjunta de ciências da Terra entre a ESA e a JAXA, a bordo de uma aeronave Falcon 9 da Base da Força Espacial de Vandenberg, na Califórnia.
Mas no Simpósio Espacial, Aschbacher estabeleceu expectativas para aquele primeiro voo. “Estatisticamente, há 47% de probabilidade de que o primeiro voo não seja bem-sucedido ou não corra exatamente como planejado”, disse ele, citando um histórico de primeiros lançamentos de novos veículos de lançamento de grande porte. “Faremos tudo o que pudermos para que seja uma viagem bem-sucedida, mas acho que é algo que devemos levar em consideração.”
Um fornecimento surpreendentemente baixo de metano pode explicar como um planeta em torno de uma estrela próxima ficou estranhamente inchado, de acordo com novas observações da Agência Espacial Europeia. Telescópio Espacial James Webb (JWST). Os astrónomos dizem que os resultados mostram que as atmosferas planetárias podem aumentar de volume significativamente sem recorrer a teorias esotéricas sobre a formação planetária.
“Os dados de Webb dizem-nos que planetas como WASP-107 b não tiveram de se formar de uma forma estranha, com um núcleo muito pequeno e uma atmosfera gasosa massiva.” Michael LaneUm cientista de exoplanetas da Arizona State University disse em A declaração. “Em vez disso, poderíamos pegar algo mais parecido Netuno“Com muita rocha e pouco gás, basta aumentar a temperatura e depois aumentar e parece a mesma coisa.”
Descoberto em 2017 pelo consórcio Wide-Angle Planetary Search (WASP), o WASP-107 b está localizado a aproximadamente 200 quilômetros de distância. Ano luz de Terra No Constelação de VirgemEstá entre os exoplanetas mais leves descobertos até agora, dos quais existem mais de 5.000 planetas. Embora seja quase tão grande JúpiterWASP-107 b pesa apenas 12% do seu próprio peso Gigante de gásSua massa equivale a apenas 30 bolas terrestres. Para fins de contexto, uma massa de Júpiter é cerca de 318 massa terrestre. A equipe diz que o planeta está tão inchado que sua densidade pode ser comparada a um marshmallow cozido no micro-ondas.
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A partir de observações anteriores do tamanho, massa e idade de WASP-107 b, os astrónomos suspeitaram que o planeta tinha um pequeno núcleo rochoso rodeado por um rico reservatório de gases hidrogénio e hélio. No entanto, tal cenário não consegue explicar completamente o orbe inflado, que, apesar de orbitar a sua estrela a uma distância de um sétimo da distância da sua própria estrela. Mercúrio Nosso sol não recebe energia suficiente de sua estrela para compensar sua densidade semelhante à do algodão. Alternativamente, se o núcleo do planeta realmente contivesse mais massa do que o esperado, os cientistas dizem que a atmosfera teria encolhido à medida que a temperatura do planeta esfriou. tempoo que significa que teria parecido menor do que o observado.
Agora, usando dados do Telescópio Espacial James Webb – bem como observações anteriores do Telescópio Espacial telescópio espacial Hubble Duas equipes independentes de astrônomos podem ter resolvido o mistério. Em suma, descobriram que o metano na atmosfera do planeta é um milésimo do que seria esperado neste mundo. Dado que o metano é instável a altas temperaturas, os astrónomos dizem que a quantidade surpreendentemente baixa é uma evidência de que o gás nas profundezas do planeta está a “misturar-se vigorosamente com as camadas mais frias acima”. David Singh O médico da Universidade Johns Hopkins (JHU), em Maryland, que liderou um dos dois novos estudos, disse no comunicado. “O facto de termos detetado tão pouco, apesar de termos detetado outras moléculas contendo carbono, diz-nos que o interior do planeta deve ser muito mais quente do que pensávamos.”
Os investigadores dizem que o calor extra provavelmente provém do facto de WASP-107 b orbitar a sua estrela a cada 5,7 dias numa órbita que não é um círculo perfeito. A gravidade constante da estrela em WASP-107 b, que varia constantemente a sua distância da sua estrela, estica e contrai a forma do planeta, aquecendo-o assim. Na Terra, força semelhante a lua Causa marés altas e baixas.
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O núcleo quente do planeta, combinado com o aquecimento das marés da sua estrela, também altera a química dos gases nas profundezas do planeta. Zafar Rustamkulovestudante de pós-graduação da JHU e coautor de um dos dois novos estudos, disse em artigo declaração da Universidade. “Acreditamos que este calor causa mudanças na química dos gases, especificamente a destruição do metano e a produção de quantidades elevadas de dióxido de carbono e monóxido de carbono.”
Em 2020, uma equipa de astrónomos, incluindo Singh, descobriu hélio na atmosfera do planeta WASP-107 b, marcando a primeira vez que este gás foi observado num exoplaneta. O elemento foi inicialmente avistado em todo o mundo em 2018, antes de existir lá Certo Dois anos depois, foi visto estendendo-se pelo espaço como uma nuvem tênue. Como a atmosfera do planeta é tão escassa, os astrônomos dizem que a radiação ultravioleta do WASP-107 b está lentamente retirando o ar do mundo – cerca de 0,1% a 4% da massa da atmosfera a cada bilhão de anos, para ser mais específico. de um cometa. – Como uma cauda atrás de um orbe.
Graças à natureza extremamente inchada do planeta, os astrónomos podem observar a sua atmosfera cerca de 50 vezes mais profundamente do que num mundo como Júpiter. No ano passado, por exemplo, as observações do JWST da atmosfera do planeta WASP-107 b mostraram que Areia de chuva No planeta.
Esta pesquisa está descrita em doisestudos Publicado segunda-feira (20 de maio) na revista Nature.
O tunelamento quântico permite que as partículas contornem as barreiras de energia. Foi proposta uma nova maneira de medir o tempo que as partículas levam para tunelar, o que pode desafiar afirmações anteriores sobre velocidades de tunelamento ultraleves. Este método envolve o uso de átomos como relógios para detectar diferenças horárias mínimas. Crédito: SciTechDaily.com
Num fenômeno surpreendente da física quântica conhecido como tunelamento, as partículas parecem se mover mais rápido que a velocidade da luz. No entanto, os físicos de Darmstadt acreditam que o tempo gasto pelas partículas no túnel foi medido incorretamente até agora. Eles propõem uma nova maneira de parar a velocidade das partículas quânticas.
Na física clássica existem leis estritas que não podem ser contornadas. Por exemplo, se uma bola rolante não tiver energia suficiente, ela não será capaz de subir a colina; Em vez disso, irá cair antes de atingir o pico. Na física quântica, este princípio não é totalmente estrito. Aqui, uma partícula pode atravessar uma barreira, mesmo que não tenha energia suficiente para atravessá-la. Ele se comporta como se estivesse deslizando por um túnel, razão pela qual esse fenômeno também é conhecido como “tunelamento quântico”. Longe de ser apenas uma mágica teórica, esse fenômeno tem aplicações práticas, como na operação de drives de memória flash.
Tunelamento quântico e relatividade
No passado, experiências com partículas mais rápidas que a luz atraíram alguma atenção. Afinal, a teoria da relatividade de Einstein proíbe velocidades mais rápidas que a da luz. A questão é, portanto, se o tempo necessário para o tunelamento foi devidamente “pausado” nesses experimentos. Os físicos Patrick Schach e Eno Giese, da Universidade de Darmstadt, seguem uma nova abordagem para determinar o “tempo” de uma partícula em túnel. Eles propuseram agora uma nova maneira de medir esse tempo. Em seu experimento, eles mediram isso de uma forma que acreditam ser mais adequada para a natureza quântica do tunelamento. Eles publicaram seu projeto de experimento na famosa revista Avanço da ciência.
Dualidade onda-partícula e tunelamento quântico
De acordo com a física quântica, pequenas partículas como átomos ou partículas de luz têm uma natureza dupla.
Dependendo do experimento, eles se comportam como partículas ou como ondas. O tunelamento quântico destaca a natureza ondulatória das partículas. Um “pacote de ondas” rola em direção à barreira, semelhante ao fluxo de água. A altura da onda indica a probabilidade de uma partícula se materializar naquele local se sua posição fosse medida. Se um pacote de ondas atingir uma barreira de energia, parte dele será refletido. Porém, uma pequena porção penetra na barreira e existe uma pequena possibilidade de que a partícula apareça do outro lado da barreira.
Reavaliação da velocidade do túnel
Experimentos anteriores observaram que uma partícula de luz percorreu uma distância maior após o tunelamento do que uma partícula que tinha um caminho livre. Portanto, teria viajado mais rápido que a luz. No entanto, os pesquisadores tiveram que determinar a localização da partícula depois que ela passou. Eles escolheram o ponto mais alto do pacote de ondas.
“Mas a partícula não segue uma trajetória no sentido clássico”, objeta Eno Giese. É impossível determinar exatamente onde uma partícula estava em um determinado momento. Isto torna difícil fazer declarações sobre o tempo necessário para ir de A a B.
Uma nova abordagem para medir o tempo de tunelamento
Por outro lado, Shash Brief é guiado por uma citação de Albert Einstein: “Tempo é o que você lê no relógio”. Eles propõem usar a própria partícula do túnel como um relógio. A segunda partícula não gasta atua como referência. Ao comparar esses dois relógios naturais, é possível determinar se o tempo passa mais devagar, mais rápido ou na mesma velocidade durante o tunelamento quântico.
A natureza ondulatória das partículas facilita esta abordagem. A oscilação das ondas é como a oscilação de um relógio. Especificamente, Schach e Giese propõem o uso de átomos como relógios. Os níveis de energia dos átomos oscilam em certas frequências. Depois de abordar A milho Com um pulso de laser, seus níveis inicialmente oscilam de forma síncrona – o relógio atômico é iniciado. Durante o túnel, o ritmo muda ligeiramente. Um segundo pulso de laser faz com que as duas ondas internas do átomo se sobreponham. A detecção de interferência torna possível medir a distância entre duas ondas de nível de energia, o que por sua vez é uma medição precisa do tempo decorrido.
Já o segundo átomo, que não é tunelado, serve de referência para medir a diferença de tempo entre cavar túneis e não cavar túneis. Os cálculos dos físicos sugerem que a partícula do túnel aparecerá um pouco mais tarde. “O relógio que foi escavado no túnel é um pouco mais antigo que o outro relógio”, diz Patrick Schach. Isto parece contradizer experiências que atribuíram a velocidade da luz à construção de túneis.
O desafio de implementar o experimento
Em princípio, o teste poderia ser feito usando a tecnologia atual, diz Schach, mas representa um enorme desafio para os experimentos. Isso ocorre porque a diferença de tempo a ser medida é de apenas cerca de 10-26 Segundos – um tempo muito curto. O físico explica que ajuda usar nuvens de átomos como relógios em vez de átomos individuais. Também é possível amplificar o efeito, por exemplo, aumentando artificialmente as frequências do clock.
“Atualmente estamos discutindo essa ideia com nossos colegas experimentais e em contato com nossos parceiros de projeto”, acrescenta Gizzi. É muito provável que a equipe decida em breve realizar este experimento emocionante.
Referência: “Teoria unificada dos tempos dos túneis promovida pelos relógios Ramsey” por Patrick Schach e Eno Giese, 19 de abril de 2024, Avanço da ciência. doi: 10.1126/sciadv.adl6078
