Przejdź do treści

Nieznana czarna dziura ujawniła się, rozrywając przechodzącą w pobliżu gwiazdę

Rozerwanie pływowe gwiazdy przez czarną dziurę.

Po tym, jak czaiła się niewykryta w galaktyce karłowatej SDSS J152120.07+140410.5, czarna dziura o średniej masie ujawniła się, gdy pochłonęła pechową gwiazdę, która zabłądziła zbyt blisko.

Gwałtowne rozerwanie gwiazdy, znane jako „rozerwanie pływowe” lub TDE, spowodowało rozbłysk promieniowania, który na krótko przyćmił połączone światło wszystkich gwiazd macierzystej galaktyki karłowatej. Ta obserwacja może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć związki między czarnymi dziurami a galaktykami.

Rozbłysk został uchwycony przez astronomów za pomocą Young Supernova Experiment (YSE), projektu mającego na celu odkrywanie kosmicznych eksplozji i krótkotrwałych zdarzeń astrofizycznych. Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z UC Santa Cruz, Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze i Uniwersytetu Stanowego w Waszyngtonie poinformował o odkryciu w artykule opublikowanym 10 listopada 2022 r. w czasopiśmie Nature Astronomy.

Dane z Young Supernova Experiment możliwiły zespołowi wykrycie pierwszych oznak pożerania gwiazdy przez czarną dziurę. Uchwycenie tego początkowego momentu miało kluczowe znaczenie dla ustalenia, jak duża była czarna dziura, ponieważ czas trwania takiego zdarzeń można wykorzystać do pomiaru masy centralnej czarnej dziury. Ta metoda, która do tej pory działała dobrze tylko w przypadku supermasywnych czarnych dziur, została po raz pierwszy zaproponowana przez Ramireza-Ruiza i współautorkę Brennę Mockler z UC Santa Cruz.

zjawisko rozerwania pływowego o nazwie AT 2020neh

Na ilustracji: Astronomowie odkryli gwiazdę rozrywaną przez czarną dziurę w galaktyce SDSS J152120.07+140410.5, oddalonej o 850 milionów lat świetlnych. Naukowcy skierowali Kosmiczny Teleskop Hubble'a NASA, aby zbadać następstwa zjawiska rozerwania pływowego o nazwie AT 2020neh, które widać na środku obrazu. Kamera ultrafioletowa Hubble'a zarejestrowała pierścień gwiazd tworzący się wokół jądra galaktyki, w którym znajduje się AT 2020neh. Źródło: NASA, ESA, Ryan Foley/UC Santa Cruz

„Ten rozbłysk był niesamowicie szybki! Fakt, że byliśmy w stanie uchwycić tę średniej wielkości czarną dziurę, podczas gdy pożerała ona gwiazdę, dał nam niezwykłą okazję do dostrzeżenia tego, co w innych okolicznościach byłoby przed nami ukryte” – powiedziała Charlotte Angus z Instytutu Nielsa Bohra, pierwsza autorka publikacji. „Co więcej, możemy wykorzystać właściwości samego rozbłysku, aby lepiej zrozumieć ten słabo poznany i trudny do detekcji rodzaj czarnych dziur o średniej masie, które mogą stanowić większość czarnych dziur w centrach galaktyk”.

Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach wszystkich masywnych galaktyk, w tym naszej Drogi Mlecznej. Astronomowie przypuszczają, że te masywne bestie, o masie milionów lub miliardów mas Słońca, mogły wyrosnąć z mniejszych czarnych dziur o średnich masach liczących od tysiąca do setek tysięcy mas Słońca.

Jedna z teorii na temat tego, jak powstały masywne czarne dziury, mówi, że we wczesnym Wszechświecie było bardzo wiele małych galaktyk karłowatych z czarnymi dziurami o średniej masie. Z biegiem czasu te galaktyki karłowate łączyły się lub zostawały pochłonięte przez bardziej masywne galaktyki, a ich jądra zlewały się, budując masę w centrum rosnącej galaktyki. Ten proces łączenia w końcu doprowadził do powstania supermasywnych czarnych dziur, które widzimy dzisiaj.

Czarna dziura pożerająca gwiazdę

Ta animacja przedstawia gwiazdę doświadczającą spaghetyfikacji, gdy jest zasysana przez czarną dziurę podczas rozerwania pływowego. Źródło: ESO/M. Kornmesser

„Jeśli zdołamy zrozumieć populację czarnych dziur o średniej masie – ile ich jest i gdzie się znajdują – możemy pomóc w ustaleniu, czy nasze teorie powstawania supermasywnych czarnych dziur są poprawne” – powiedział współautor Enrico Ramirez-Ruiz, profesor astronomii i astrofizyki na UCSC oraz profesor Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze. Ale czy wszystkie galaktyki karłowate mają średniej wielkości czarne dziury? „Trudno to stwierdzić, ponieważ wykrywanie czarnych dziur o średniej masie jest niezwykle trudne.”

Klasyczne techniki polowania na czarne dziury, które polegają na detekcji procesu oddziaływania czarnych dziur z otoczeniem, często nie są wystarczająco czułe, aby odkryć czarne dziury w centrach galaktyk karłowatych. W rezultacie wiadomo, że tylko niewielka część galaktyk karłowatych zawiera czarne dziury o średniej masie. Znalezienie większej liczby średnich czarnych dziur dzięki obserwacji rozerwań pływowych może pomóc w rozstrzygnięciu debaty na temat powstawania supermasywnych czarnych dziur.

„Jednym z największych otwartych pytań w astronomii jest obecnie to, jak powstają supermasywne czarne dziury” – powiedziała współautorka Vivienne Baldassare, profesor fizyki i astronomii na Washington State University. Badając czarne dziury o średniej masie, naukowcy mają nadzieję pogłębić swoją wiedzę na temat wzrostu supermasywnych czarnych dziur w masywnych galaktykach.


Więcej informacji: publikacja „A fast-rising tidal disruption event from a candidate intermediate-mass black hole” autorstwa C.R. Angus, i in., 10 listopada 2022 r. Nature Astronomy, DOI: 10.1038/s41550-022-01811-y

 

Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz

 

Na ilustracji: Rozerwanie pływowe gwiazdy przez czarną dziurę. Źródło: NASA

Reklama