Astronomowie są świadkami energetycznej „aktywacji” czarnej dziury
Zespół astronomów dokonał odkrycia jednej z najbardziej spektakularnych „aktywacji” czarnej dziury, jakie kiedykolwiek zostały zaobserwowane.
Ilustracja przedstawia gwiazdę (na pierwszym planie) doświadczającą spaghettyzacji, gdy jest zasysana przez supermasywną czarną dziurę (w tle) podczas zdarzenia “rozerwania pływowego". Źródło: ESO/M. Kornmesser
J221951-484240, znane jako J221951, jest jednym z najjaśniejszych zjawisk przejściowych, czyli obiektów astrofizycznych, które w krótkim okresie czasu zmieniają swoją jasność. Odkrył go zespół pod kierownictwem dr Samanthy Oates, astronom z Uniwersytetu w Birmingham, we wrześniu 2019 roku, podczas poszukiwań światła elektromagnetycznego pochodzącego ze zdarzenia fali grawitacyjnej. Zespół wykorzystał teleskop ultrafioletowy i optyczny na satelicie Swift do poszukiwania kilonowej, znaku połączenia gwiazdy neutronowej z inną gwiazdą neutronową lub czarną dziurą. Kilonowa zazwyczaj wydaje się niebieska, a następnie zanika i zmienia kolor na bardziej czerwony w ciągu kilku dni. Zamiast tego, odkryli coś jeszcze bardziej niezwykłego: J221951. To zjawisko przejściowe wydawało się niebieskie, ale nie zmieniało koloru ani nie słabło szybko, jak w przypadku kilonowej.
Wyniki obserwacji dokonanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a wykluczają powiązanie J221951 z zarejestrowanym zdarzeniem fal grawitacyjnych. Badając widmo światła pochodzącego z J221951, dr Oates i jej zespół ustalili, że źródło znajduje się w odległości około 10 miliardów lat świetlnych. Jest to znacznie dalej niż odległość, z której wykryto sygnał fal grawitacyjnych, a mianowicie mniejsza niż 0,5 miliarda lat świetlnych. Interesującym faktem jest, że J221951 świeci niezwykle jasno, pomimo swojej dużej odległości, co czyni go jednym z najjaśniejszych zarejestrowanych zjawisk przejściowych.
Dowody wskazują, że J221951 powstało w wyniku gwałtownego pochłaniania materii przez supermasywną czarną dziurę, która była nią otoczona. Przed wykryciem J221951 obserwowano czerwoną galaktykę w tym miejscu, a położenie J221951 jest zgodne z centralnym obszarem galaktyki, gdzie naturalnie znajdowałaby się ogromna czarna dziura. Około 10 miesięcy przed jej początkowym wykryciem, zaczęła ona wykazywać bardzo intensywne światło, co sugeruje, że czarna dziura szybko pochłaniała materię po okresie względnego spokoju. Widmo UV ukazuje cechy absorpcji związane z wydobywanym na zewnątrz materiałem, która wynika z ogromnego uwolnienia energii. Te czynniki, w połączeniu z dużą jasnością, czynią to zdarzenie jednym z najbardziej dramatycznych „aktywacji” czarnej dziury, jakie kiedykolwiek zaobserwowano.
Zespół zidentyfikował dwie potencjalne przyczyny, które mogłyby wyjaśnić ekstremalne karmienie supermasywnej czarnej dziury. Po pierwsze, możliwe jest, że było to spowodowane przez zaburzenie pływowe – rozerwanie gwiazdy, gdy przechodziła ona w pobliżu supermasywnej czarnej dziury w centrum swojej galaktyki. Druga teoria zakłada, że mogło to zostać wytworzone przez aktywne jądro galaktyczne, które „zmieniło stan” z uśpionego na aktywny. Sygnał J221951 wskazywałby wtedy, że uśpiona czarna dziura w centrum galaktyki macierzystej rozpoczęła proces odżywiania się materią z dysku akrecyjnego.
Dr Matt Nicholl, członek zespołu z Queen's University w Belfaście, stwierdził: Nasza wiedza na temat różnorodnych zachowań supermasywnych czarnych dziur znacznie się poszerzyła w ostatnich latach dzięki odkryciom rozerwanych gwiazd oraz akreujących czarnych dziur o bardzo zmiennej jasności. Dodatkowo podkreślił: J221951 stanowi jeden z najbardziej ekstremalnych przykładów czarnej dziury, która nas zaskoczyła. Dalsze monitorowanie J221951 w celu dokładnego zbadania uwolnienia całkowitej energii pozwolą nam ustalić, czy miało miejsce pływowe rozerwanie gwiazdy przez szybko wirującą czarną dziurę, czy też mamy do czynienia z nowym rodzajem aktywacji AGN.
Dr N. Paul Kuin, inny członek zespołu z Mullard Space Science Laboratory na University College London, powiedział: Kluczowym odkryciem było to, że widmo UV z Hubble’a wykluczyło galaktyczne pochodzenie. To pokazuje, jak ważne jest utrzymanie w przyszłości możliwości spektrografu UV w przestrzeni kosmicznej.
Dr. Samantha Oates dodaje: W przyszłości będziemy w stanie uzyskać istotne wskazówki, które pomogą nam odróżnić scenariusze związane z rozerwaniami pływowymi oraz aktywnymi jądrami galaktyk. Na przykład, jeśli chodzi o J221951 i jego powiązanie z aktywacją AGN, możemy spodziewać się, że przestanie ono zanikać i ponownie zwiększy swoją jasność. W przypadku, gdy J221951 jest wynikiem rozerwania pływowego, oczekujemy, że będzie nadal tracić na jasności. Aby lepiej zrozumieć późniejsze zachowanie J221951, będziemy musieli kontynuować jego monitorowanie w ciągu najbliższych kilku miesięcy lub lat.
Wyniki badań zostały zgłoszone do publikacji https://arxiv.org/abs/2307.01044 w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
