Od dawna astronomowie obserwowali błyski promieniowania elektromagnetycznego pochodzącego od supermasywnych czarnych dziur rezydujących w centrach galaktyk. Zakładali, że jest to rezultat rozerwania gwiazd przez siły pływowe czarnych dziur, ale nigdy nie widzieli rzeczywistych śladów tej materii. Aż wreszcie po raz pierwszy w trakcie obserwacji zjawiska tymczasowego AT 2019dsg zarejestrowano absorpcyjne linie widmowe żelaza, które najprawdopodobniej pochodzą ze strugi materii pozostałej po gwieździe rozerwanej przez supermasywną czarną dziurę.
Gdy gwiazda za bardzo zbliży się do supermasywnej czarnej dziury, jest rozrywana przez jej siły pływowe w procesie zwanym „spagetyzacją”. Jak sugeruje to słowo, cała gwiazda jest rozciągana w cienkie włókno-nitkę przypominające makaron. Zjawisko generuje ogromną ilość energii, która może być obserwowana z odległości setek milionów lat świetlnych. Astronomowie od dawna obserwowali takie pojaśnienia.
Jednak po raz pierwszy w widmie zjawiska AT 2019dsg znaleźli ślady strugi materii pozostałej po zniszczonej gwieździe. Po gwieździe pozostała tylko struga materii, której część spadła na czarną dziurę i wygenerowała pojaśnienie podobne do wybuchu supernowej, a reszta rozproszyła się.
Wyniki tych analiz wykonane przez międzynarodową grupę astronomów zostały opublikowane 24 marca 2021 r. w w the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Głównym autorem publikacji jest holenderski astronom Giacomo Cannizzaro, a jednym ze współautorów jest również polski astronom Mariusz Gromadzki z UW.
Zjawisko tymczasowe AT 2019dsg zostało odkryte 9 kwietnia 2019 r. przez robotyczny przegląd nieba północnego ZTF (Zwicky Transient Facility). Wystąpiło w odległości 690 milionów lat świetlnych w galaktyce 2MASX J20570298+1412165 w gwiazdozbiorze Delfina w pobliżu supermasywnej czarnej dziury o masie około 5.4 miliona mas Słońca – podobnej do tej, która rezyduje w centrum naszej Drogi Mlecznej. Ta czarna dziura nie jest szczególnie aktywna, co pozwoliło naukowcom śledzić ślady materii po zniszczonej gwieździe od 34 do 411 dnia od początku tego zjawiska.
Oficjalnie termin spagetyzacja oznacza zjawisko rozerwania pływowego TDE (j.ang. Tidal Disruption Event) i jest początkiem dezintegracji gwiazdy – co ilustruje poniższy rysunek. Podczas obserwacji AT 2019dsg zarejestrowano silne promieniowanie rentgenowskie, które słabło z czasem i przestało być widoczne po około 200 dniach od początku TDE. Astronomowie obserwowali to zjawisko również w zakresie widzialnym i radiowym.
Artystyczna wizualizacja gwiazdy, która doznaje zjawiska spagetyzacji (t.j. rozciągnięta „łezka” na pierwszym planie) pod wpływem sił pływowych supermasywnej czarnej dziury, która jest widoczna w tle. Supermasywna czarna dziura jest otoczona dyskiem gazowym i pyłowym widoczne z boku. Prostopadle do płaszczyzny dysku akrecyjnego wypływają dżety z prędkościami relatywistycznymi. W dodatkowym panelu zaznaczono niebieskim owalem wąskie linie absorpcyjne żelaza w widmie zjawiska tymczasowego AT 2019dsg wykonanego 245 dnia od odkrycia. Dla porównania pokazano również ten sam fragment widma dla dwóch innych zjawisk TDE, ale tutaj nie ma takich struktur. Niebieska strzałka pokazuje prawdopodobny kierunek obserwacji z Ziemi, by dla zjawiska AT 2019dsg były widoczne linie absorpcyjne, powstające w strudze materii pozostałej po gwieździe.
Opracowanie na podstawie omawianej publikacji oraz ESO/M. Kornmesser
Sensownym wyjaśnieniem obserwacji linii absorpcyjnych żelaza w widmie jest kierunek obserwacji zjawiska AT 2019dsg z Ziemi od strony „bieguna” rotacji czarnej dziury. Wydaje się, że struga materii po zniszczonej gwieździe wielokrotnie przeszła przez obszary „równikowe” supermasywnej czarnej dziury, gdzie znajduje się dysk akrecyjny, ale również nad jej obszarami „biegunowymi”.
Według autorów publikacji z następujących dwóch powodów supermasywna czarna dziura jest skierowana w stronę Ziemi raczej obszarem biegunowym niż płaszczyzną dysku akrecyjnego:
- Gdyby supermasywna czarna dziura była skierowana płaszczyzną dysku w naszą stronę, to by nie zaobserwowano promieniowania rentgenowskiego generowanego przez ten dysk.
- Również widmo generowane przez materię, która uległa spagetyzacji posiada istotną wskazówkę: Poza tym linie absorpcyjne są wąskie – powiedział główny autor publikacji Giacomo Cannizzaro ze SRON/Radbound University. One nie są poszerzone w wyniku efektu Dopplera jak można by oczekiwać, patrząc na rotujący dysk.
Coraz lepiej rozumiemy zjawiska pływowego rozerwania gwiazd przez supermasywne czarne dziury rezydujące w centrach galaktyk, dzięki odkryciom z ostatnich lat – w szczególności AT 2019qi, które miało miejsce „tylko” 215 milionów lat świetlnych od nas. Jak również bardzo ważne jest zarejestrowanie 1 października 2019 roku wysokoenergetycznego neutrino IceCube-191001A przez obserwatorium IceCube Neutrino Observatory na Antarktydzie, które z dużym prawdopodobieństwem pochodzi od omawianego tutaj AT 2019dsg. Więc powoli tajemnice spagetyzacji gwiazd odsłaniają się.
Więcej informacji:
Publikacja naukowa: Accretion disc cooling and narrow absorption lines in the tidal disruption event AT 2019dsg
arXiv (wersja bezpłatna): Accretion disc cooling and narrow absorption lines in the tidal disruption event AT 2019dsg
Astronomers see first hint of silhouette spaghettified star
Are we Seeing a Star That Just got Spaghettified?
Źródło: SRON Netherlands Institute For Space Research
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Na ilustracji: wizja artystyczna jak supermasywna czarna dziura niszczy gwiazdę, która za bardzo zbliżyła się. Niczym spagetti gwiazda zostaje rozciągnięta (t.j. rozciągnięta „łezka” na pierwszym planie) i rozerwana przez potężne siły pływowe czarnej dziury zanurzonej w dysku gazowo-pyłowym, który tutaj jest widziany z boku. Astronomowie nazywają to zjawiskiem rozerwania pływowego TDE (skrót z j.ang. Tidal Disruption Event). Źródło: ESO/M. Kornmesser
