Masywna czarna dziura rozerwała na strzępy jedną gwiazdę, a teraz wykorzystuje te gwiezdne szczątki, aby zmiażdżyć inną gwiazdę lub mniejszą czarną dziurę, która wcześniej znajdowała się w zasięgu wzroku.
Odkrycie to, dokonane za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra, Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer), Obserwatorium Swift i innych teleskopów, pomaga astronomom wyjaśnić dwie tajemnice, co do których wcześniej istniały jedynie wskazówki.
W 2019 roku astronomowie zaobserwowali sygnał gwiazdy, która znalazła się zbyt blisko czarnej dziury i została zniszczona przez jej siłę grawitacyjną. Po zniszczeniu szczątki gwiazdy utworzyły dysk, który krążył wokół czarnej dziury – rodzaj gwiezdnego cmentarzyska.
Jednak w ciągu kilku lat dysk ten rozszerzył się na zewnątrz i obecnie znajduje się bezpośrednio na drodze innej gwiazdy lub prawdopodobnie czarnej dziury o masie gwiazdowej, krążącej wcześniej wokół wspomnianej masywnej czarnej dziury w bezpiecznej odległości. Ta krążąca gwiazda wielokrotnie zderza się z dyskiem gruzu (mniej więcej raz na 48 godzin). Zderzenie to powoduje rozbłyski promieniowania rentgenowskiego, które astronomowie zarejestrowali za pomocą teleskopu Chandra.
Wyobraź sobie pływaka wielokrotnie wskakującego do basenu i powodującego rozbryzg za każdym razem, gdy wchodzi do wody – powiedział Matt Nicholl z Queen’s University w Belfaście, główny autor artykułu, który ukazał się 9 października 2024 roku w „Nature”. Gwiazda w tym porównaniu jest jak pływak, a dysk jest basenem, i za każdym razem, gdy gwiazda uderza w powierzchnię, wywołuje ogromny „plusk” gazu i promieni rentgenowskich. Gdy gwiazda krąży wokół czarnej dziury, robi to raz za razem.
Naukowcy udokumentowali wiele przypadków, gdy obiekt zbytnio zbliżył się do czarnej dziury i został rozerwany na strzępy pojedynczym rozbłyskiem światła. Astronomowie nazywają to zjawiskiem rozerwania pływowego. W ostatnich latach astronomowie odkryli również nową klasę jasnych rozbłysków z jąder galaktyk, które są wykrywane tylko w promieniowaniu rentgenowskim i powtarzają się wielokrotnie. Zdarzenia te są również związane z supermasywnymi czarnymi dziurami, ale astronomowie nie potrafili wyjaśnić, co spowodowało częściowo regularne wybuchy promieniowania rentgenowskiego. Nazwali je „quasi-periodycznymi erupcjami”.
Spekulowano, że zjawiska te są ze sobą powiązane, a teraz odkryliśmy dowód na to, że tak jest – powiedział współautor Dheeraj Pasham z Massachusetts Institute of Technology (MIT).
To zaburzenie pływowe, znane jako AT2019qiz, zostało po raz pierwszy odkryte przez szerokokątny teleskop optyczny w Obserwatorium Palomar, zwany Zwicky Transient Facility, w 2019 roku. W 2023 roku astronomowie wykorzystali zarówno Chandrę, jak i Kosmiczny Teleskop Hubble'a (HST) do zbadania szczątków pozostałych po zakończeniu zjawiska pływowego.
Dane z Chandry uzyskano podczas trzech różnych obserwacji, wykonywanych w odstępie 4–5 godzin. Łączna ekspozycja około 14 godzin pracy Chandry ujawniła jedynie słaby sygnał w pierwszym i ostatnim fragmencie, ale bardzo silny sygnał w środkowej obserwacji.
Nicholl i jego koledzy wykorzystali NICER do częstego obserwowania AT2019qiz pod kątem powtarzających się wybuchów rentgenowskich. Dane z NICER wykazały, że AT2019qiz wybucha mniej więcej co 48 godzin. Obserwacje ze Swifta i indyjskiego teleskopu AstroSat potwierdziły to odkrycie.
Dane ultrafioletowe z HST, uzyskane w tym samym czasie co obserwacje Chandry, pozwoliły naukowcom określić rozmiar dysku wokół supermasywnej czarnej dziury. Stwierdzili oni, że dysk stał się na tyle duży, że gdyby jakikolwiek obiekt krążył wokół czarnej dziury z okresem około tygodnia lub krótszym, zderzyłby się z dyskiem i spowodował erupcje.
To wielki przełom w naszym rozumieniu pochodzenia regularnych erupcji – powiedział Andrew Mummery z Uniwersytetu w Oksfordzie. Teraz zdajemy sobie sprawę, że musimy poczekać kilka lat, aż erupcje „włączą się” po rozerwaniu gwiazdy, ponieważ dysk potrzebuje trochę czasu, aby rozprzestrzenić się wystarczająco daleko, aby napotkać inną gwiazdę.
Wynik ten ma wpływ na poszukiwanie większej liczby quasi-okresowych erupcji związanych ze zjawiskami rozerwań pływowych. Znalezienie większej ich liczby pozwoliłoby astronomom zmierzyć częstość występowania i odległości od obiektów na bliskich orbitach wokół supermasywnych czarnych dziur. Niektóre z nich mogą być doskonałymi celami dla planowanych przyszłych obserwatoriów fal grawitacyjnych. Misje NASA są częścią powiększającej się, ogólnoświatowej sieci misji o różnych, ale uzupełniających się możliwościach, obserwujących zmiany takie jak te, aby rozwiązać zagadki działania Wszechświata.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Black Hole Destroys Star, Goes After Another, NASA Missions Find
- Quasi-periodic X-ray eruptions years after a nearby tidal disruption event
Źródło: Chandra
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca dysk materii (czerwony, pomarańczowy i żółty), który powstał po tym, jak supermasywna czarna dziura (przedstawiona po lewej) rozerwała gwiazdę za pomocą intensywnych sił pływowych. Źródło: Credit: X-ray: NASA/CXC/Queen's Univ. Belfast/M. Nicholl i inni; Optyczne/Podczerwone: PanSTARRS, NSF/Legacy Survey/SDSS; Ilustracja: Soheb Mandhai/The Astro Phoenix; Obróbka obrazu: NASA/CXC/SAO/N. Wolk Press Image, Caption, and Videos
