Uważa się, że większość galaktyk ma w swoim centrum supermasywną czarną dziurę, co jest zasadniczo sposobem wszechświata na powiedzenie: „Mam naprawdę duży apetyt”. Te ogromne obiekty mogą ważyć miliony, a nawet miliardy razy więcej niż Słońce, tworząc jedne z najsilniejszych środowisk grawitacyjnych, jakie znamy – wystarczająco silne, aby zamienić gwiazdę w spaghetti, jeśli lubisz tego rodzaju metafory.

Gdy gwiazda przechodzi niebezpiecznie blisko jednej z tych czarnych dziur, zniszczenie nie zawsze jest natychmiastowe. Niektóre gwiazdy przetrwają spotkanie i wracają po więcej, generując za każdym razem nowy rozbłysk światła. Zdarzenia te, znane jako powtarzające się częściowe zdarzenia rozerwania pływowego (rpTDE), pozwalają astronomom obserwować, jak ta sama gwiazda jest wielokrotnie podgryzana przez tę samą czarną dziurę. Szerokokątne przeglądy czasowe umożliwiają to, skanując duże obszary nieba i śledząc obiekty, których jasność się zmienia – jak kosmiczny program reality show.

Jednak niektóre z tych układów pozostają tajemnicą. Zamiast wytwarzać podobne rozbłyski przy każdym powrocie, stają się one coraz słabsze – jak zły sequel, który traci impet. Przez lata modele teoretyczne miały trudności z wyjaśnieniem tego zachowania.

Nowe badania astrofizyków z Syracuse University sugerują, że kluczem może być wcześniej niedoceniana właściwość gwiazdy: jak szybko wirowała przed pierwszym bliskim spotkaniem z czarną dziurą. Badanie opublikowane w „The Astrophysical Journal” prowadził doktorant Ananya Bandopadhyay, wraz z podoktorskim badaczem Benjaminem Amendem i profesorem nadzwyczajnym Erikiem Coughlinem, wszyscy z Wydziału Fizyki, oraz współpracownikami z innych ośrodków.

W standardowym zdarzeniu rozerwania pływowego (TDE) grawitacja czarnej dziury zmienia się tak bardzo w poprzek gwiazdy, że gwiazda zostaje całkowicie rozerwana. Szczątki spadają w kierunku czarnej dziury, uwalniając światło przez dni lub miesiące. Czarne dziury same nie emitują światła, ale TDE tymczasowo dostarcza materiał, który oświetla region – rodzaj kosmicznej latarki.

Nie każde spotkanie kończy się całkowitym zniszczeniem. Jeśli gwiazda przejdzie wystarczająco blisko, aby stracić tylko część swojej masy, mamy do czynienia z częściowym TDE. W powtarzającym się częściowym TDE przetrwające jądro pozostaje na orbicie i wraca na kolejne bliskie spotkania, za każdym razem tracąc więcej materiału. Te przejścia mogą mieć miejsce co kilka miesięcy lub kilka lat.

Ilość oderwanego materiału zależy od wewnętrznej struktury gwiazdy. Bandopadhyay porównuje gwiazdę o małej masie do puszystej bezy – staje się ona coraz bardziej podatna na siły pływowe. Gwiazda o większej masie jest bardziej skoncentrowana w kierunku centrum, o strukturze przypominającej cebulę, tracąc swoje zewnętrzne warstwy, podczas gdy jądro pozostaje stabilne, więc utrata masy maleje z czasem.

Te różnice strukturalne pomagają wyjaśnić, dlaczego rpTDE ewoluują różnie, ale jedna obserwacja jest szczególnie zagadkowa: z około 10 znanych układów powtarzających się, cztery wykazują rozbłyski, które stopniowo słabną. Wydawałoby się naturalne, że mniej oderwanego materiału oznacza słabsze rozbłyski, ale wcześniejsze symulacje pokazywały coś przeciwnego – nawet przy mniejszej utracie masy, szczytowa jasność pozostawała mniej więcej taka sama.

„Byliśmy tym zaskoczeni przez dwa lata” – mówi Bandopadhyay.

Ich wcześniejsze prace ujawniły inną konsekwencję sił pływowych: wywierają one moment obrotowy, przyspieszając wirowanie gwiazdy po każdym spotkaniu. Ten zwiększony obrót zmienia szybkość, z jaką oderwany materiał spada z powrotem w kierunku czarnej dziury. Nawet jeśli wraca mniej materiału, robi to w krótszym czasie, utrzymując szczytowe tempo opadania – a tym samym przewidywaną jasność rozbłysku – mniej więcej stałą.

Aby odtworzyć słabnące rozbłyski, naukowcy potrzebowali „nowego składnika”: gwiazdy wirującej już szybko przed pierwszym spotkaniem. Ich nowe symulacje sugerują, że taka gwiazda nie może zostać znacznie przyspieszona podczas późniejszych przejść. Bez dużego wzrostu rotacji, czas opadania pozostaje stały, więc gdy mniej materiału jest odzierane, szczytowe tempo opadania spada, a rozbłysk staje się słabszy – co zgadza się z obserwacjami.

Ale dlaczego gwiazda zbliżająca się do supermasywnej czarnej dziury miałaby już szybko wirować?