Gwiazda o masie podobnej do naszego Słońca, znajdująca się w pobliskiej galaktyce, doświadcza stopniowego pochłaniania przez małą, ale żarłoczną czarną dziurę. W miarę zbliżania się do czarnej dziury, gwiazda traci masę równą trzem Ziemiom.
Odkrycie dokonane przez astronomów z Uniwersytetu w Leicester zostało opublikowane 7 września 2023 roku w czasopiśmie Nature Astronomy i stanowi „brakujące ogniwo” w naszym rozumieniu czarnych dziur zakłócających orbitowanie gwiazd. Sugeruje ono istnienie całej menażerii gwiazd, które wciąż pozostają nieodkryte.
Astronomowie zostali zaniepokojeni jasnym błyskiem rentgenowskim, który wydawał się pochodzić z centrum pobliskiej galaktyki o nazwie 2MASX J02301709+2836050, oddalonej o około 500 milionów lat świetlnych od Drogi Mlecznej. To niezwykłe zjawisko zostało nazwane Swift J0230 i dostrzeżone dzięki nowemu narzędziu opracowanemu dla naukowców do użytku w Obserwatorium Swift, w momencie, gdy miało ono miejsce po raz pierwszy. Badacze natychmiast zaplanowali dalsze obserwacje obiektu, a odkrycie okazało się bardzo interesujące. Zamiast gasnąć, jak można było oczekiwać, obiekt świecił jasno przez okres 7-10 dni, po czym nagle gasł, powtarzając ten cykl co około 25 dni.
Podobne zachowanie zostało zaobserwowane w przypadku erupcji kwazi-okresowych i okresowych nuklearnych zjawisk przejściowych, które występują, gdy gwiazda ma materię wyrwaną przez czarną dziurę w momencie zbliżania się do niej na orbicie. Jednak istnieją różnice w częstotliwości erupcji oraz w dominującym promieniowaniu, czy to w postaci rentgenowskiej, czy optycznej. Co ciekawe, regularność emisji obiektu Swift J0230 plasuje się pomiędzy tymi dwoma typami, co sugeruje, że może stanowić „brakujące ogniwo” pomiędzy tymi dwoma rodzajami wybuchów.
Korzystając z modeli, które zostały zaproponowane dla tych dwóch typów zdarzeń jako punkt odniesienia, naukowcy doszli do wniosku, że wybuch obiektu Swift J0230 jest wynikiem gwiazdy podobnej do Słońca, poruszającej się po eliptycznej orbicie wokół czarnej dziury o niewielkiej masie w centrum swojej galaktyki. Gdy orbita tej gwiazdy zbliża się do silnego oddziaływania grawitacyjnego czarnej dziury, materia o masie równoważnej trzem Ziemiom zostaje wyrwana z atmosfery gwiazdy i nagrzana wpada do czarnej dziury. To intensywne nagrzanie powoduje wytworzenie temperatury sięgającej około 2 milionów stopni Celsjusza, co skutkuje uwolnieniem ogromnej ilości promieniowania rentgenowskiego. To właśnie to promieniowanie rentgenowskie zostało po raz pierwszy wykryte przez satelitę Swift.
Główny autor pracy, dr Phil Evans z Uniwersytetu w Leicester, Wydział Fizyki i Astrofizyki, powiedział: Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy, że gwiazda podobna do Słońca jest wielokrotnie rozrywana i pochłaniana przez czarną dziurę o niskiej masie. Te powtarzające się, częściowe rozerwania pływowe są same w sobie całkowicie nowym odkryciem i wydają się być podzielone na dwa typy: te, które wybuchają co kilka godzin i te, które wybuchają co około roku. Ten nowy system znajduje się dokładnie pomiędzy tymi dwoma typami, a po przeprowadzeniu obliczeń okazuje się, że typy obiektów, których dotyczą, również do siebie pasują.
Dr Rob Elyes-Ferris, który współpracuje z dr. Evansem przy satelicie Swift, niedawno ukończył studia doktoranckie w Leicester obejmujące badanie gwiazd rozrywanych przez czarne dziury. Wyjaśnia: W większości układów, które widzieliśmy w przeszłości, gwiazda jest całkowicie zniszczona. Swift J0230 jest ekscytującym dodatkiem do klasy częściowo zniszczonych gwiazd, ponieważ pokazuje nam, że dwie klasy tych obiektów, które już znaleźliśmy, są naprawdę połączone, a nasz nowy układ daje nam brakujące ogniwo.
Dr Kim Page z Uniwersytetu Leicester, która pracowała nad analizą danych do badania, powiedziała: Biorąc pod uwagę, że znaleźliśmy Swift J0230 w ciągu kilku miesięcy od włączenia naszego narzędzia do polowania na zjawiska przejściowe, spodziewamy się, że istnieje o wiele więcej obiektów takich jak ten, czekających na odkrycie.
Szacuje się, że ta czarna dziura ma masę około 10 000 do 100 000 razy większą od masy naszego Słońca, co jest dość małą wartością w przypadku supermasywnych czarnych dziur, które zwykle znajdują się w centrum galaktyk. Uważa się, że czarna dziura w centrum naszej Galaktyki ma masę 4 milionów Słońc, podczas gdy większość z nich ma masę rzędu 100 milionów mas Słońca.
Jest to pierwsze odkrycie dokonane przy użyciu nowego detektora zjawisk przejściowych dla satelity Swift. Kiedy ma miejsce ekstremalne zdarzenie, powodujące rozbłysk rentgenowski w regionie nieba, w którym wcześniej nie było promieniowania rentgenowskiego, astronomowie nazywają to astronomicznymi rentgenowskimi zjawiskami przejściowymi. Pomimo ekstremalnych zdarzeń, które zwiastują, zdarzenia te nie są łatwe do znalezienia, a przynajmniej nie szybko – dlatego też opracowano nowe narzędzie do wyszukiwania nowych typów zjawisk przejściowych w czasie rzeczywistym.
Więcej informacji:
- Ravenous black hole consumes three Earths’-worth of star every time it passes
- Monthly quasi-periodic eruptions from repeated stellar disruption by a massive black hole
Źródło: University of Leicester
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Optyczny obraz galaktyki, w której wystąpiło nowe zdarzenie, uzyskane z nowych danych PanSTARRS. Obiekt rentgenowski znajdował się gdzieś wewnątrz białego okręgu. Pokazana jest również pozycja 2-letniej supernowej. Źródło: Daniele B. Malesani / PanSTARRS
