Niczym w filmie science-fiction, astronomowie korzystający z teleskopów NASA odkryli Kosmiczne Szczęki.
W odległości 600 milionów lat świetlnych od nas, w czarnej otchłani pomiędzy gwiazdami, znajduje się niewidzialny potwór, który pochłania każdą bezbronną gwiazdę zmierzającą w jego kierunku. Podstępna czarna dziura zdradziła swoją obecność w nowo zidentyfikowanym zjawisku rozerwania pływowego (TDE), w którym nieszczęsna gwiazda została rozerwana i połknięta w spektakularnym wybuchu promieniowania. Te rozerwania są potężnymi sondami fizyki czarnych dziur, ujawniającymi warunki niezbędne do uruchomienia strumieni i wiatrów, gdy czarna dziura jest w trakcie pochłaniania gwiazdy, i są widoczne jako jasne obiekty przez teleskop.
Nowe TDE, nazwane AT2024tvd, pozwoliło astronomom na zlokalizowanie wędrującej supermasywnej czarnej dziury za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, wraz z podobnymi obserwacjami z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i Very Large Array, które również wykazały, że czarna dziura jest odsunięta od centrum galaktyki.
Co zaskakujące, ta czarna dziura o masie miliona mas Słońca nie znajduje się dokładnie w centrum galaktyki macierzystej, gdzie zwykle znajdują się supermasywne czarne dziury, i aktywnie pochłania otaczającą ją materię. Spośród około 100 zdarzeń TDE zarejestrowanych do tej pory przez optyczne przeglądy nieba, jest to pierwszy przypadek zidentyfikowania przesuniętego TDE. Pozostałe są związane z centralnymi czarnymi dziurami galaktyk.
W rzeczywistości w centrum galaktyki macierzystej znajduje się inna supermasywna czarna dziura o masie 100 milionów razy większej niż masa Słońca. Optyczna precyzja Hubble’a pokazuje, że TDE znajdowała się zaledwie 2600 lat świetlnych od masywniejszej czarnej dziury w centrum galaktyki. To zaledwie 1/10 odległości między naszym Słońcem a centralną supermasywną czarną dziurą Drogi Mlecznej.
Większa czarna dziura wyrzuca z siebie energię, gdy gromadzi spadający gaz i jest sklasyfikowana jako aktywne jądro galaktyczne. Co dziwne, te dwie supermasywne czarne dziury współistnieją w tej samej galaktyce, ale nie są ze sobą związane grawitacyjnie jako para. Mniejsza czarna dziura może ostatecznie spiralnie dotrzeć do centrum galaktyki i połączyć się z większą czarną dziurą. Na razie jednak dzieli je zbyt duża odległość, by mogły być związane grawitacyjnie.
Zdarzenie TDE ma miejsce, gdy spadająca gwiazda jest rozciągana przez ogromne siły pływowe czarnej dziury. Rozdrobnione pozostałości gwiazdowe są wciągane na kołową orbitę wokół czarnej dziury. Generuje to wstrząsy i wypływy o wysokich temperaturach, które można zaobserwować w ultrafiolecie i świetle widzialnym.
AT2024tvd jest pierwszym przesuniętym TDE uchwyconym przez optyczne przeglądy nieba i otwiera całą możliwość odkrycia tej nieuchwytnej populacji wędrujących czarnych dziur za pomocą przyszłych przeglądów nieba – powiedział główny autor artykułu Yuhan Yao z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Obecnie teoretycy nie poświęcają zbyt wiele uwagi przesuniętym TDE. Myślę, że to odkrycie zmotywuje naukowców do poszukiwania większej liczby przykładów tego typu zdarzeń.
Błysk w nocy
Czarna dziura pożerająca gwiazdę dała o sobie znać, gdy kilka naziemnych teleskopów do badania nieba zaobserwowało rozbłysk tak jasny jak supernowa. Jednak w przeciwieństwie do supernowej, astronomowie wiedzą, że była to czarna dziura pożerająca gwiazdę, ponieważ rozbłysk był bardzo gorący i wykazywał szerokie linie emisyjne wodoru, helu, węgla, azotu i krzemu. Zwicky Transient Facility w Obserwatorium Palomar, z 1,2-metrowym teleskopem, który co dwa dni bada całe północne niebo, jako pierwszy zaobserwował to zdarzenie.
Zjawiska zaburzeń pływowych są bardzo obiecujące, jeśli chodzi o ujawnienie obecności masywnych czarnych dziur, których w przeciwnym razie nie bylibyśmy w stanie wykryć – powiedział Ryan Chornock, adiunkt na UC Berkeley i członek zespołu ZTF. Teoretycy przewidywali, że populacja masywnych czarnych dziur zlokalizowanych z dala od centrów galaktyk musi istnieć, ale teraz możemy wykorzystać TDE do ich znalezienia.
Rozbłysk był pozornie przesunięty od centrum jasnej masywnej galaktyki skatalogowanej przez Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System), Sloan Digital Sky Survey i DESI Legacy Imaging Survey. Aby lepiej określić, że nie znajdował się on w centrum galaktyki, zespół Yao wykorzystał Obserwatorium Chandra, aby potwierdzić, że promieniowanie rentgenowskie z miejsca rozbłysku również było przesunięte.
Potrzeba było rozdzielczości Hubble’a, aby rozstrzygnąć wszelkie wątpliwości. Czułość Hubble’a na światło UV pozwala również na precyzyjne określenie lokalizacji TDE, które jest znacznie bardziej niebieskie niż reszta galaktyki.
Pochodzenie nieznane
Czarna dziura odpowiedzialna za TDE grasuje wewnątrz zgrubienia centralnego masywnej galaktyki. Czarna dziura staje się widoczna co kilkadziesiąt tysięcy lat, gdy czka po przechwyceniu gwiazdy, a następnie znów cichnie, aż pojawi się jej kolejny posiłek.
Jak czarna dziura znalazła się poza centrum? Wcześniejsze badania teoretyczne wykazały, że czarne dziury mogą być wyrzucane z centrów galaktyk z powodu oddziaływań trzech ciał, w których składnik o niższej masie zostaje wyrzucony. Może tak być w tym przypadku, biorąc pod uwagę bliskość ukrytej czarnej dziury do centralnej czarnej dziury. Jeśli czarna dziura przeszła przez potrójną interakcję z dwiema innymi czarnymi dziurami w jądrze galaktyki, może nadal pozostać związana z galaktyką, orbitując wokół regionu centralnego – powiedział Yao.
Alternatywnym wyjaśnieniem jest to, że czarna dziura jest pozostałością po mniejszej galaktyce, która połączyła się z galaktyką macierzystą ponad miliard lat temu. Jeśli tak jest w rzeczywistości, czarna dziura może ostatecznie spiralnie zbliżyć się do centralnej aktywnej czarnej dziury w bardzo odległej przyszłości. Tak więc obecnie astronomowie nie wiedzą, czy ona nadchodzi, czy odchodzi.
Erica Hammerstein, inna badaczka z UC Berkeley, przeanalizowała obrazy Hubble’a w ramach badań, ale nie znalazła żadnych dowodów na połączenie galaktyk w przeszłości. Wyjaśniła jednak: Istnieją już dowody na to, że łączenie się galaktyk zwiększa wskaźniki TDE, ale obecność drugiej czarnej dziury w galaktyce macierzystej AT2024tvd oznacza, że w pewnym momencie w przeszłości tej galaktyki musiało dojść do połączenia.
Specjalizujące się w różnych rodzajach światła obserwatoria, takie jak Hubble i Chandra, współpracują ze sobą, aby wskazać i lepiej zrozumieć ulotne zdarzenia, takie jak to. Przyszłe teleskopy, które również będą zoptymalizowane pod kątem rejestrowania zjawisk przejściowych, takich jak to, obejmują Obserwatorium im. Vera C. Rubin i planowany Teleskop Kosmiczny Roman. Zapewnią one więcej możliwości dalszych obserwacji Hubble’a w celu dokładnego określenia lokalizacji zjawisk przejściowych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Chandra
