22 listopada 2014 roku astronomowie zauważyli rzadkie zdarzenie na nocnym niebie: supermasywną czarną dziurę w galaktyce odległej o trzysta milionów lat świetlnych od Ziemi, która rozrywa gwiazdę przechodzącą w jej pobliżu. Zdarzenie to, znane jako rozbłysk zakłócenia pływowego, dla masywnej siły pływowej czarnej dziury, która rozrywa gwiazdę, spowodowało wybuch aktywności promieni rentgenowskich w pobliżu centrum galaktyki.
Teraz naukowcy z MIT i innych instytucji prześledzili dane z obserwacji wielu teleskopów dotyczące tego wydarzenia i odkryli dziwnie intensywny, stabilny i okresowy puls (lub sygnał) promieniowania rentgenowskiego we wszystkich zestawach danych. Sygnał wydaje się pochodzić z obszaru bardzo zbliżonego do horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Zdaje się on okresowo rozjaśniać i gasnąć co 131 sekund, i utrzymuje się przez od co najmniej 450 dni.
Naukowcy są przekonani, że źródło tego sygnału musi krążyć wokół czarnej dziury, tuż poza horyzontem zdarzeń, w pobliżu najbardziej wewnętrznej stabilnej orbity (innermost stable circular orbit – ISCO), czyli najmniejszej orbity, na której cząstka może podróżować wokół czarnej dziury.
Biorąc pod uwagę stabilną bliskość sygnału do czarnej dziury oraz masę samej czarnej dziury, która według naukowców wynosi około miliona mas Słońca, zespół obliczył, że dziura wiruje z prędkością zbliżoną do połowy prędkości światła.
Główny autor artykułu, Dheeraj Pasham z Instytutu Astrofizyki i Badań Kosmicznych w MIT, twierdzi, że większość supermasywnych czarnych dziur jest uśpiona i zwykle nie emituje zbyt wiele promieniowania X. Od czasu do czasu uwalniają one wybuchy aktywności, na przykład gdy gwiazdy zbliżają się wystarczająco, by czarne dziury mogły je pożerać. Teraz Pasham mówi, że, biorąc pod uwagę wyniki zespołu, takie rozbłyski zakłóceń pływowych mogą być wykorzystane do oszacowania spinu supermasywnych czarnych dziur – właściwości, która do tej pory była niewiarygodnie trudna do ustalenia.
Modele teoretyczne rozbłysków zakłóceń pływowych pokazują, że kiedy czarna dziura strzępi gwiazdę, część materii gwiazdy może pozostać poza horyzontem zdarzeń, krążąc, przynajmniej tymczasowo, na stabilnej orbicie, takiej jak ISCO i emitując okresowe błyski promieniowania X, przed ostatecznym pochłonięciem przez czarną dziurę. Okresowość błysków promieniowania rentgenowskiego koduje kluczowe informacje o wielkości ISCO, która jest podyktowana szybkością wirowania czarnej dziury.
Pasham i jego koledzy uważali, że gdyby mogli zobaczyć tak regularne błyski bardzo blisko czarnej dziury, która przeszła ostatnio zaobserwowane zjawisko zakłócenia pływowego, sygnały te mogłyby dać im wyobrażenie, jak szybko wiruje czarna dziura. Skupili swoje poszukiwania na ASASSN-14li – zdarzeniu zakłóceń pływowych, które astronomowie zidentyfikowali w listopadzie 2014 roku, korzystając z naziemnego automatycznego przeglądu All-Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN).
Zespół przeanalizował zarchiwizowane zestawy danych z trzech obserwatoriów, które zbierały pomiary rentgenowskie zdarzenia od czasu jego odkrycia. Pasham opracował wcześniej kod komputerowy do wykrywania okresowych wzorców z danych astrofizycznych, ale nie w przypadku zdarzeń związanych z zakłóceniami pływowymi. Postanowił zastosować swój kod do trzech zestawów danych dla zdarzenia ASASSN-14li, aby sprawdzić, czy na powierzchni pojawią się zwykłe okresowe wzorce.
Zaobserwował zaskakująco silny, stabilny i okresowy wybuch promieniowania rentgenowskiego, który wydawał się pochodzić niemal z krawędzi czarnej dziury. Sygnał pulsował co 131 sekund przez 450 dni i był wyjątkowo intensywny – około 40% powyżej średniej jasności promieni rentgenowskich czarnej dziury.
Kiedy Pasham odkrył taki okresowy sygnał, do teoretyków zespołu należało znalezienie wyjaśnienia, co mogło go wytworzyć. Zespół opracował różne scenariusze, jednak najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie tak silnego, regularnego błysku promieni X to obecność w badanym miejscu nie tylko czarnej dziury rozrywającej gwiazdę, która się do niej zbliża, ale także mniejszej gwiazdy, znanej jako biały karzeł, orbitującej blisko czarnej dziury.
Według Pashama największe znaczenie ma fakt, że możliwe jest ograniczenie spinu czarnej dziury w wyniku wystąpienia zdarzenia zakłóceń pływowych. Idąc dalej, naukowiec ma nadzieję, że uda się zidentyfikować podobne stabilne wzorce w innych zdarzeniach związanych ze strzępieniem gwiazd przez czarne dziury.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej:
X-ray pulse detected near event horizon as black hole devours star
Źródło: MIT
Na zdjęciu: Wizja artystyczna pokazująca gorący gaz krążący wokół dysku szybko wirującej czarnej dziury. Podłużna, jasna plamka przedstawia region promieniowania X na dysku, który pozwala oszacować spin czarnej dziury. Źródło: NASA/CXC/M. Weiss
