Obserwowanie gwiazdy krążącej nad supermasywnym odpływem
Zjawiska rozerwań pływowych (TDE) to jeden z niewielu sposobów na zbadanie właściwości centralnych czarnych dziur, zatem ważne jest, aby dowiedzieć się więcej o mechanizmach częściowych TDE.
Rozerwanie pływowe gwiazdy przez czarną dziurę. Źródło: NASA
Supermasywne czarne dziury to jedne z najpotężniejszych i najbardziej zagadkowych obiektów znanych we Wszechświecie. Zawierają od tysięcy do miliardów razy więcej masy niż nasze Słońce, skupionej w jednym punkcie w centrum galaktyki. Mimo to nie emitują światła o żadnej długości fali, którą moglibyśmy wykorzystać do ich badania. Jednak wiemy o ich istnieniu, obserwując niesamowity wpływ, jaki wywierają na swoje otoczenie. Jasne obiekty, takie jak kwazary, są zasilane przez materię krążącą wokół czarnej dziury.
Innym niesamowitym zjawiskiem wywoływanym przez czarne dziury są rozerwania pływowe (ang. tidal disruption event – TDE). W tym przypadku ogromne przyciąganie grawitacyjne centralnej czarnej dziury może rozerwać gwiazdy na strzępy. Gdy materia gwiazdowa gromadzi się na czarnej dziurze, tworzy jasny rozbłysk, który można obserwować od fal radiowych do rentgenowskich. Nie wszystkie TDE są jednak sobie równe, a niektóre z tych zdarzeń wydają się niszczyć tylko część gwiazdy, podczas gdy pozostała część jest w stanie przetrwać i kontynuować orbitowanie wokół czarnej dziury. Jest to znane jako częściowe TDE (ang. partial TDE – pTDE). Tylko kilka z tych zdarzeń zostało potwierdzonych jako pTDE poprzez wielokrotne obserwacje podobnych rozbłysków pochodzących z tej samej czarnej dziury.
Ponieważ TDE stanowią jedne z niewielu sposobów, w jaki możemy naprawdę zbadać właściwości centralnej czarnej dziury, ważne jest, aby spróbować oddzielić TDE od pTDE i dowiedzieć się więcej o ich indywidualnych mechanizmach. Jednak znane pTDE zostały wykryte przez ślepy traf przy użyciu różnych teleskopów zarówno w zakresie rentgenowskim, jak i optycznym, co sprawia, że bardzo trudno jest odpowiedzieć na kilka bardzo ważnych pytań: Ile zdarzeń TDE i pTDE powinniśmy być w stanie wykryć rocznie? Który typ zdarzeń występuje częściej? Czy nasze modele teoretyczne dotyczące tych obiektów i oczekiwanej od nich emisji są prawidłowe? Autorzy pracy próbują wypełnić tę lukę poprzez systematyczne poszukiwanie TDE na optycznych długościach fal i donoszą o pierwszym odkryciu pTDE przy użyciu tak kompleksowego wyszukiwania!
AT 2020vdq: pierwsze systematycznie identyfikowane pTDE
Od kilku lat Zwicky Transient Facility (ZTF) w Obserwatorium Palomar skanuje całe północne niebo co dwa dni, co pozwala na niezwykle spójne śledzenie obiektów przejściowych, które mogą zmieniać się w skali dni, takich jak TDE. W październiku 2020 roku ZTF wykrył rozbłysk pochodzący z pobliskiej galaktyki karłowatej, a jego właściwości były na tyle podobne do znanych TDE, że został oznaczony jako taki i nazwany AT 2020vdq.
Po 2,6 roku powolnego, ale systematycznego przyciemniania, AT 2020vdq ponownie zaczęła świecić w maju 2023 roku. Pomimo pełnego rozerwania gwiazdy, tylko częściowe zjawisko TDE może wyjaśnić, w jaki sposób źródło było w stanie ponownie rozjaśnić się. Ponownie teleskopy optyczne i UV na całym świecie zostały użyte do obserwacji drugiego rozbłysku tego źródła. Pomiędzy oboma rozbłyskami pojawiły się istotne różnice: drugi rozbłysk osiągnął pięciokrotnie wyższą jasność niż pierwotny, a światło z rozbłysku rozjaśniało się i gasło szybciej niż w przypadku większości wcześniejszych TDE obserwowanych przez ZTF. W trakcie jaśnienia i przygasania drugiego rozbłysku, jego jasność podwoiła się (lub zmniejszyła o połowę w fazie przygasania) w zaledwie pięć dni, co stanowiło wyjątek w porównaniu do większości TDE, które potrzebują tygodni lub miesięcy na podwojenie lub zmniejszenie jasności. Zgodnie z naszym najlepszym zrozumieniem dotyczącym częściowego TDE (pTDE), jedynymi elementami, które powinny ulec zmianie między rozbłyskami, są struktura rozerwanej gwiazdy i rozkład materii otaczającej supermasywną czarną dziurę. Niemniej jednak, nie jesteśmy w stanie jednoznacznie zidentyfikować konkretnej zmiany odpowiedzialnej za tak szybkie tempo wzrostu i spadku jasności.
Poza obserwacjami optycznymi i UV, badacze dokonali pomiarów fal radiowych przy użyciu Very Large Array, aby uzyskać dodatkową perspektywę na obszar wokół supermasywnej czarnej dziury, odpowiedzialnej za badane w tym artykule częściowe TDE. Analiza widma, czyli jasności w zależności od długości fali, może dostarczyć nam dodatkowych informacji na temat rodzaju procesów emisji zachodzących w źródle, ponieważ różne mechanizmy emisji charakteryzują się różnymi rozkładami widmowymi.
Istnieje wyraźna różnica we właściwościach widmowych tego źródła w dwóch przeprowadzonych obserwacjach. Kształt widma, uzyskanego między dwoma rozbłyskami, ukazuje „wybrzuszenie”, sugerujące obszar wypływu – gaz odpływający z supermasywnej czarnej dziury – emitujący fale radiowe. Jednak tuż po drugim rozbłysku sygnatura tego wypływu zniknęła. Obecnie możemy jedynie spekulować, dlaczego ten wypływ mógł zniknąć między dwiema obserwacjami: być może coś zmieniło się w dysku akrecyjnym otaczającym czarną dziurę, co uniemożliwiło uruchomienie tych wypływów, lub interakcje między gwiazdą a dyskiem zatrzymały wypływ.
Ogólnie rzecz biorąc, nawet pojedyncze zdarzenie TDE wiąże się z kilkoma tajemnicami, których rozwiązanie wymaga dalszych obserwacji. Pomijając szybkie tempo narastania i zaniku, właściwości tego częściowego TDE (całkowita jasność, sugerowana temperatura, linie widmowe itp.) były niezwykle podobne do cech masowej populacji pełnych TDE. W związku z tym wiele zjawisk, które obecnie klasyfikujemy jako TDE, może faktycznie stanowić jedynie przypadki częściowych TDE, których wcześniej nie dostrzegliśmy. Ciągłe obserwacje przy użyciu ZTF pozwolą nam dokładniej rozróżnić te dwa rodzaje zjawisk, gdyż szybko wykryją one ponowne rozjaśnienia z innych TDE. W rzeczywistości, podczas analizy obserwacji wszystkich znanych przypadków TDE, autorzy zaobserwowali jasny rozbłysk w miejscu znanego TDE, który okazał się być zupełnie niezwiązany ze zjawiskiem TDE, lecz był samodzielną supernową w tej samej galaktyce! Wyraźnie wynika stąd, że systematyczne i dokładne obserwacje, w połączeniu z głębokimi przeszukiwaniami nocnego nieba, ujawnią wiele fascynujących i ekscytujących zjawisk przejściowych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
