Tidal disruption of stars and extreme phenomena around compact objects
Authors: Χαραλαμπόπουλος Παναγιώτης 
Published: July 2023

Αυτή η διατριβή είναι το αποτέλεσμα τριετούς μελέτης των εξωτικών μεταβατικών γεγονότων που ονομάζονται Φαινόμενα Παλιρροϊκής Διάσπασης (TDEs). Τα TDE συμβαίνουν όταν ένα αστέρι διασπάται παλιρροιακά από το τεράστιο βαρυτικό πεδίο μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας (SMBH). Τέτοιες SMBH κατοικούν στους πυρήνες των γαλαξιών, αλλά παρά τη σημασία τους για τους αντίστοιχους ξενιστές τους, μόνο ένα μικρό κλάσμα από αυτές μπορεί να μελετηθεί έμμεσα κατά τη διάρκεια της ενεργού φάσης τους που είναι γνωστή ως Ενεργός Γαλαξιακός Πυρήνας (AGN). Ωστόσο, οι περισσότερες από αυτές είναι σε ηρεμία/αδρανής, καθιστώντας τες αόρατες στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Οι παροδικές εκλάμψεις TDE παρέχουν έναν μοναδικό τρόπο μελέτης των ιδιοτήτων αυτών των αδρανών γιγάντων και διερεύνησης των δημογραφικών τους στοιχείων. Ωστόσο, οι φυσικές διεργασίες που διέπουν τα TDE δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητές και έχουν προταθεί διάφορα σενάρια για τον μηχανισμό εκπομπής. Σε αυτή τη διατριβή, μελετώ TDEs κυρίως στο οπτικό και υπεριώδες (UV) κομμάτι του φάσματος, μέσω διαφορετικών αστροφυσικών τεχνικών όπως φωτομετρία, φασματοσκοπία και πολωμετρία, με στόχο να δώσω απαντήσεις σε αυτά τα ανοιχτά ερωτήματα. Στο πρώτο μέρος αυτής της διπλωματικής εργασίας, παρουσιάζω την πρώτη λεπτομερή φασματοσκοπική δειγματοληπτική μελέτη 16 οπτικών-UV TDEs. Αφού πραγματοποιήσω προσεκτική και συστηματική αναγωγή και ανάλυση των διαθέσιμων δεδομένων, ποσοτικοποιώ τις φασματικές τους ιδιότητες και τις μελετώ ως κλάση. Ανακαλύπτω μια χρονική υστέρηση μεταξύ των κορυφών των οπτικών καμπυλών φωτός και της μέγιστης φωτεινότητας της φασματικής γραμμής Hα που εκτείνεται μεταξύ ~ 7 – 45 ημερών καθώς και μια γραμμική σχέση μεταξύ της φωτεινότητας Ηα και των ακτίνων του φωτοσφαιρικού μελαν σώματος των TDEs. Δείχνω επίσης ότι τα N III ισχυρά TDE έχουν στενότερες γραμμές Ηα σε σύγκριση με το υπόλοιπο δείγμα, υποδηλώνοντας ότι τα πλάτη των γραμμών δεν καθορίζονται από την κινηματική. Με βάση αυτή τη μελέτη, προτείνω ότι η μεγάλη φασματοσκοπική ποικιλομορφία των TDE σε συνδυασμό με τις ιδιότητές τους στις ακτίνες Χ, μπορεί δυνητικά να αποδοθεί στις διαφορετικές γωνίες θέασης. Το δεύτερο μέρος της διπλωματικής εργασίας είναι μια μελέτη μοντελοποίησης που αφορά την πόλωση των TDEs. Μοντελοποιώ τα επίπεδα πόλωσης του συνεχούς των TDE χρησιμοποιώντας τον τρισδιάστατο κώδικα μεταφοράς ακτινοβολίας Monte Carlo POSSIS και το σενάριο εκπομπής TDE εκροής που προκαλείται από σύγκρουση (CIO). Μελετώντας δύο διαφορετικές περιπτώσεις ρυθμού εκροής μάζας για μια ποικιλία γεωμετρικών παραμέτρων, διαπιστώνω ότι η πόλωση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα οπτικά βάθη στις κεντρικές περιοχές (γύρω από το σημείο τομής από όπου εκτοξεύεται το CIO) και τη γωνία θέασης. Συγκρίνοντας τις προβλέψεις μοντέλων με τις παρατηρήσεις πόλωσης των TDE, προσπαθώ να περιορίσω τις παρατηρούμενες γωνίες θέασής τους και δείχνω ότι οι πολωσιμετρικές παρατηρήσεις πολλών εποχών μπορεί να είναι κρίσιμες στο μέλλον προκειμένου να περιοριστεί η πιθανή παρατηρούμενη γωνία θέασης ενός TDE. Στο τρίτο μέρος αυτής της διατριβής, παρουσιάζω τη μελέτη του AT 2020wey, ενός μέλους του αμυδρού και γρήγορου πληθυσμού TDE. Τα TDE συνήθως θεωρούνται φωτεινά με μέγιστα απόλυτα μεγέθη της τάξης των −20 ≲ M ≲ −19. Το AT 2020wey έφτασε μια μέγιστη φωτεινότητα Mg = -17.45 τάξη μεγέθους που ακολουθήθηκε από μια πολύ γρήγορη πτώση, καθιστώντας το ένα από τα ελάχιστα παρατηρούμενα αμυδρά και γρήγορα TDE. Μετά από προσεκτική μελέτη των επιμέρους ιδιοτήτων του, διερευνώ τη φύση των αμυδρών και γρήγορων TDE και, αφού πραγματοποιήσω μια ογκομετρική διόρθωση σε ένα δείγμα 30 TDE, καταλήγω στο συμπέρασμα ότι τα αμυδρά TDEs δεν είναι εγγενώς σπάνια και ότι θα πρέπει να αποτελούν έως και 50 - 60 % του συνόλου του πληθυσμού.