Niezwykle bliskie spojrzenie na czarną dziurę pochłaniającą gwiazdę

Ostatnie obserwacje czarnej dziury pochłaniającej zbłąkaną gwiazdę mogą pomóc naukowcom zrozumieć bardziej złożone zachowania związane z żywieniem czarnej dziury.

Dysk gorącego gazu wiruje wokół czarnej dziury. Strumień gazu rozciągający się w prawo jest pozostałością po gwieździe rozerwanej przez czarną dziurę. Obłok gorącej plazmy nad czarną dziurą nazywany jest koroną.
Źródło: NASA/JPL-Caltech.

Wiele teleskopów obserwowało ostatnio masywną czarną dziurę rozdzierającą pechową gwiazdę, która zawędrowała zbyt blisko. Znajduje się około 250 milionów lat świetlnych od Ziemi w centrum innej galaktyki i była piątym najbliższym przykładem czarnej dziury niszczącej gwiazdę, jaki kiedykolwiek zaobserwowano.

Kiedy gwiazda została całkowicie rozerwana przez grawitację czarnej dziury, astronomowie zaobserwowali dramatyczny wzrost wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego wokół czarnej dziury. Wskazywało to, że gdy materia gwiazdy była ciągnięta ku zagładzie, utworzyła nad czarną dziurą niezwykle gorącą strukturę zwaną koroną. Należący do NASA satelita NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescopic Array) jest najbardziej czułym teleskopem kosmicznym zdolnym do obserwacji tych długości fal światła, a bliskość zdarzenia dostarczyła bezprecedensowego obrazu powstawania i ewolucji korony, zgodnie z nowymi badaniami opublikowanymi w Astrophysical Journal.

Praca pokazuje, jak zniszczenie gwiazdy przez czarną dziurę – proces formalnie znany jako zakłócenie pływowe – może być wykorzystany do lepszego zrozumienia, co dzieje się z materią, która jest przechwytywana przez jednego z tych behemotów, zanim zostanie całkowicie pochłonięta.

Większość czarnych dziur, jakie naukowcy mogą badać, jest otoczona gorącym gazem, który gromadził się przez wiele lat, czasem tysiącleci, i utworzył dysk o szerokości miliardów kilometrów. W niektórych przypadkach dyski te świecą jaśniej niż całe galaktyki. Nawet wokół tych jasnych źródeł, a zwłaszcza wokół znacznie mniej aktywnych czarnych dziur, wyróżnia się pojedyncza gwiazda, która jest rozdzierana i pochłaniana. A od początku do końca proces ten często zajmuje tylko kilka tygodni lub miesięcy. Obserwowalność i krótki czas trwania zakłócenia pływowego sprawiają, że są one szczególnie atrakcyjne dla astronomów, którzy mogą odkryć, w jaki sposób grawitacja czarnej dziury manipuluje otaczającą ją materią, tworząc niesamowite pokazy świetlne i nowe fizyczne właściwości.

Zdarzenia zakłócenia pływowego są rodzajem kosmicznego laboratorium – powiedział współautor badania Suvi Gezari, astronom z Space Telescope Science Institute w Baltimore. Są naszym oknem na karmienie w czasie rzeczywistym masywnej czarnej dziury czającej się w centrum galaktyki.

Zaskakujący sygnał
Głównym przedmiotem nowych badań jest zdarzenie o nazwie AT2021ehb, które miało miejsce w galaktyce z centralną czarną dziurą o masie około 10 milionów mas Słońca. Podczas tego zdarzenia zakłócenia pływowego, strona gwiazdy znajdująca się najbliżej czarnej dziury została pociągnięta mocniej niż dalsza strona gwiazdy, rozciągając całość i pozostawiając jedynie długą kluskę gorącego gazu.

Naukowcy uważają, że podczas takich zdarzeń strumień gazu owija się wokół czarnej dziury, uderzając w nią samą. Uważa się, że powoduje to powstanie fal uderzeniowych i wypływ gazu na zewnątrz, które generują światło widzialne, a także fale niewidoczne dla ludzkiego oka, takie jak światło ultrafioletowe i promieniowanie rentgenowskie. Materia zaczyna wtedy osadzać się w dysku rotującym wokół czarnej dziury jak woda krążąca wokół odpływu, a tarcie generuje niskoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie. W przypadku AT2021ehb ta seria zdarzeń miała miejsce w ciągu zaledwie 100 dni.

Zdarzenie zostało po raz pierwszy zauważone 1 marca 2021 roku przez Zwicky Transient Facility (ZTF), znajdujący się w Obserwatorium Palomar w południowej Kalifornii. Następnie zostało zbadane przez teleskop Neil Gehrels Swift ObservatoryNeutron star Interior Composition Explorer (NICER) (teleskop, który obserwuje dłuższe fale promieniowania rentgenowskiego niż Swift).

Następnie, około 300 dni po pierwszym zauważeniu tego zdarzenia, NuSTAR zaczął obserwować układ. Naukowcy byli zaskoczeni, gdy NuSTAR wykrył koronę – obłok gorącej plazmy lub atomów gazu bez elektronów – ponieważ korony zwykle pojawiają się wraz ze strumieniami gazu, które płyną w przeciwnych kierunkach od czarnej dziury. Jednak w przypadku zdarzenia zakłócenia pływowego AT2021ehb nie było strumieni, co sprawiło, że obserwacja korony była niespodziewana. Korony emitują promieniowanie rentgenowskie o wyższej energii niż jakakolwiek inna część czarnej dziury, ale naukowcy nie widzą, skąd pochodzi plazma ani jak dokładnie się nagrzewa.

Nigdy nie widzieliśmy rozerwania pływowego z emisją rentgenowską taką jak ta bez obecności strumienia, a to naprawdę spektakularne, ponieważ oznacza, że możemy potencjalnie rozdzielić to, co wywołuje dżety i to, co tworzy korony, powiedział Yuhan Yao, doktorant z Caltech w Pasadenie w Kalifornii i główny autor nowego badania. Nasze obserwacje AT2021ehb są zgodne z ideą, że pola magnetyczne mają coś wspólnego z formowaniem się korony i chcemy wiedzieć, co powoduje, że pole magnetyczne staje się tak silne.

Yao przewodzi również wysiłkom mającym na celu poszukiwanie kolejnych przypadków zakłóceń pływowych zidentyfikowanych przez ZTF, a następnie obserwowanie ich za pomocą teleskopów takich jak Swift, NICER i NuSTAR. Każda nowa obserwacja oferuje potencjał nowego wglądu lub możliwości potwierdzenia tego, co zostało zaobserwowane w AT2021ehb i innych przypadkach rozerwań pływowych. Chcemy znaleźć ich jak najwięcej – powiedział Yao.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Astronomowie ujawniają nowe cechy galaktycznych czarnych dziur

Łączenie się galaktyk rzuca światło na model ewolucji galaktyk

Chłodne gwiazdy z silnymi wiatrami zagrażają atmosferom egzoplanet