Зоряні млинці у походження деяких гамма-сплесків

Лоран Сакко

Журналіст

Опубліковано 19.04.2010

Вибухи гамма-променів в основному діляться на два великі класи, деякі викликані гіперновими, інші - зіткненнями нейтронних зірок. Згідно з цифровим моделюванням Матьє Брассарта та Жана-П'єра Люміне з обсерваторії Париж-Медон, деякі сплески пояснюються ефектом припливних сил від галактичних чорних дір, коли зірка, що проходить поблизу їхнього горизонту, двічі сплющується перед тим, як подрібнити термоядерним вибух.

Враження художника, що демонструє вивих зірки, яка пройшла занадто близько до чорної діри. Спочатку його сплющують, як млинець, припливні сили перед вибухом, виділяючи газ, проковтнутий чорною дірою. Кредит: Nasa-CXCM, Weiss

Це рік, який починається з вибуху для Жана-П'єра Люміне, астрофізика і космолога, добре відомого читачам Futura-Sciences. Опублікувавши свою останню вигадану біографію основоположників сучасної астрономії, перуку Ньютона, в якій він показує, що символ позитивістської науки, Ісаак Ньютон, також був "останнім з фокусників", за висловом британського економіста Джона Кейнса, сьогодні він пропонує разом зі своїм колегою Матьє Брассартом нове пояснення для пояснення сплесків гамма-випромінювання .

Щоб зрозуміти це, ми маємо повернутися до роботи Едуарда Роше, французького математика та астронома, що бере початок знаменитої межі Роше. Це виражає той факт, що існує невелика відстань наближення невеликого небесного тіла в районі більшого тіла.

Едуард Рош. Кредит: Університет Монпельє 2

Нижче цього припливні сили основного тіла настільки великі, що вони дислокують маленьке тіло, не в змозі утримувати згуртованість під власною гравітацією. Спочатку обмежуючись планетами, поняття межі Роше було поширене на стабільність кулястих скупчень і малих галактик, що наближаються до великих, і ми тоді говоримо про припливний радіус. Це саме поняття припливного радіуса також використовується, коли зірка наближається до чорної діри.

У березні 1982 року Жан-П'єр Люміне і Брендон Картер вже опублікували в журналі Nature статтю, в якій вони показали, що зірка, що потрапляє в зону, визначену радіусом припливу і відливу галактичної чорної діри, повинна спочатку бути сплющена, як млинець, приливом сили. На другому етапі, пояснили вони, термоядерні реакції повинні відбуватися всередині зірки, що призводить до детонацій, здатних порушити її.

Натисніть, щоб збільшити. Подрібнення зірки припливними силами з чорної діри. Малюнок ілюструє поступове викривлення зірки, що занурюється глибоко в припливний радіус гігантської чорної діри (розмір зірки значно збільшується для чіткості малюнка). На верхньому малюнку зображена деформація зірки в її орбітальній площині (розглядається зверху), на середній - деформація в перпендикулярному напрямку (видно через зріз), а на нижній діаграмі показано відносне сплощення. Від (а) до (г) припливні сили слабкі, і зірка залишається практично сферичною. У (е) зірка потрапляє в припливний радіус і тому приречена. Її конфігурація спочатку нагадує сигару, потім від (e) до (g) ефект кочення припливних сил роздавлює зірку в її орбітальній площині у конфігурації «млинця». Потім зірка відскакує і розширюється від припливного променя через (год). Далі на своїй орбіті зірка з часом дисоціює на газоподібні фрагменти. Детальні гідродинамічні моделювання з урахуванням ударних хвиль проводили під час фази дроблення (e) - (g). Кредит: Жан-П'єр Люміне, Матьє Брассарт

З цього часу Жан-П'єр Люміне вперше взявся за цю роботу, щоб стати предметом чисельного моделювання у співпраці зі своїм колегою Матьє Брассартом.

Зараз він поширився на випадок, коли зірка проходить настільки близько до горизонту галактичної чорної діри, що опиняється на параболічній траєкторії, що приводить її до двох послідовних стискань під час подорожі навколо чорної діри.

Натисніть, щоб збільшити. Зліва: параболічна орбіта зірки, зануреної глибоко в припливний радіус чорної діри в 1 мільйон сонячних мас. Мале суцільне коло представляє гравітаційний радіус чорної діри, а велике пунктирне - радіус припливу. Коефіцієнт проникнення, тобто відношення припливного радіуса до відстані від периапсису, дорівнює 9. Оскільки зоряна орбіта перетинається в межах припливного радіуса, гравітаційне поле чорної діри викликає два послідовних стиснення, які відбуваються в точках орбіти, позначена чорним кольором.
Справа: тимчасова еволюція центрального тиску (в одиницях його початкового значення). Це протидіє вільно падаючому колапсу зоряної речовини двічі, один раз перед проходом до периастрона (при t = 0), а потім через сто секунд. Кредит: Жан-П'єр Люміне, Матьє Брассарт

Гідродинамічні розрахунки внутрішньої частини зірки в релятивістському режимі показують, що ударні хвилі виникають і нагрівають поверхню три рази до термоядерного вибуху. Ось список небесних об'єктів, які можна назвати зіркою (№ "data-image =" https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/6/c/c/6cc6562b02_127395_astre-c-esa-hubble-nasa.jpg "data-url ="/science/definitions/etoile-astre- 851/"data-more =" Детальніше "> зірка Поверхня зірки тоді досягає температури близько мільярда градусів, що повинно генерувати значні випромінювання гамма-променів .

Часова еволюція температури (зірка переходить до периапсису при t = 0). Суцільна лінія відображає температуру в центрі зірки. Стиснення індукує перший максимум приблизно при 2,10 8 K протягом приблизно 4 секунд, а приблизно через 115 секунд, друге стиснення тієї ж амплітуди протягом приблизно 6 секунд.
Пунктирна крива дає температуру, яку несуть ударні хвилі. Три максимуми досягаються на зоряній поверхні. Спочатку це доводиться до приблизно 4,10 9 К протягом приблизно 0,03 с, потім до приблизно одного мільярда Кельвінів протягом приблизно 1,5 секунди, потім до приблизно 10 9 К протягом приблизно 3 секунд. Кредит: Жан-П'єр Люміне, Матьє Брассарт