Zespół astronomów zaobserwował gwiazdę w odległej galaktyce wielokrotnie wchodzącą w interakcję z supermasywną czarna dziura.
Początkowo sądzono, że została zniszczona w 2018 r., gwiazda przetrwała i od tego czasu okresowo przechodzi blisko, co prowadzi do pochłaniania dodatkowego materiału przez czarną dziurę. To trwające badanie dostarcza wglądu w dynamikę czarnych dziur i ich zdolność do zakłócania i pochłaniania pobliskich ciał niebieskich.
Posiłki w czarnej dziurze: przewidywanie niebiańskich posiłków
Astronomowie poprawnie prognozowali, kiedy gigantyczna czarna dziura zakończy swój ostatni posiłek, i przewidywali, kiedy nastąpi kolejna przekąska.
Wykorzystując nowe dane z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i Obserwatorium Neila Gehrelsa Swifta, a także należącego do ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej) XMM-Newton, zespół naukowców poczynił istotne postępy w zrozumieniu, w jaki sposób – i kiedy – ta supermasywna czarna dziura zużywa materię.
Wynik ten opiera się na badaniach supermasywnej czarnej dziury – o masie około 50 milionów razy większej niż Słońce – w centrum galaktyki znajdującej się około 860 milionów lat świetlnych od Ziemi.
Niezwykły gwiezdny ocalały: powtarzająca się uczta czarnej dziury
W 2018 roku optyczne zautomatyzowane badanie All Sky Automated Survey for SuperNovae wykazało, że system ten stał się znacznie jaśniejszy. Po zaobserwowaniu tego z NASAbadacze z NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) oraz Chandra i XMM-Newton ustalili, że wzrost jasności wynika z „zdarzenia rozerwania pływowego”, które sygnalizuje, że gwiazda została całkowicie rozerwana i częściowo połknięta po przelocie zbyt blisko do czarnej dziury. Nazwali zdarzenie zakłócenia pływowego AT2018fyk.
Kiedy materia zniszczonej gwiazdy zbliżyła się do czarnej dziury, stała się gorętsza i wyemitowała światło rentgenowskie i ultrafioletowe (UV). Sygnały te następnie osłabły, co sugerowało, że z gwiazdy nie pozostało nic, co mogłaby strawić czarna dziura.
Kosmiczny taniec gwiazdy z czarną dziurą
Jednak około dwa lata później promieniowanie rentgenowskie i ultrafioletowe galaktyki ponownie stało się znacznie jaśniejsze. Według astronomów najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem było to, że gwiazda prawdopodobnie przetrwała początkowe przyciąganie grawitacyjne przez czarną dziurę, a następnie weszła z czarną dziurą na wysoce eliptyczną orbitę. Podczas drugiego bliskiego podejścia do czarnej dziury oderwano więcej materiału, wytwarzając więcej światła rentgenowskiego i UV.
Wyniki te zostały opublikowane w czasopiśmie A Artykuł z 2023 r w Listy do dzienników astrofizycznych prowadzony przez Thomasa Weversa z Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych w Baltimore.
Przyszłe święta: przewidywanie aktywności czarnej dziury
„Początkowo myśleliśmy, że to typowy przypadek czarnej dziury, która całkowicie rozrywa gwiazdę” – powiedział Wevers. „Ale zamiast tego wydaje się, że gwiazda żyje, by umrzeć innego dnia”.
Na podstawie tego, czego dowiedzieli się o gwieździe i jej orbicie, Wevers i jego zespół przewidzieli, że drugi posiłek czarnej dziury zakończy się w sierpniu 2023 roku, i zwrócił się o sprawdzenie czasu obserwacji Chandry.
„Wymownym znakiem końca tej gwiezdnej przekąski byłby nagły spadek promieniowania rentgenowskiego i właśnie to widzimy w naszych obserwacjach Chandra 14 sierpnia 2023 r.” – powiedział Dheeraj Pasham z Massachusetts Institute of Technology, kierownik ds. nowy artykuł na temat tych wyników. „Nasze dane pokazują, że w sierpniu ubiegłego roku czarna dziura w zasadzie wycierała usta i odpychała się od stołu”.
Nowe dane uzyskane przez Chandrę i Swifta po ukończeniu artykułu z 2023 roku pozwalają badaczom jeszcze lepiej oszacować, ile czasu zajmuje gwieździe okrążenie, a także przyszłe pory posiłków czarnej dziury. Ustalili, że gwiazda zbliża się do czarnej dziury mniej więcej raz na trzy i pół roku.
„Uważamy, że trzeci posiłek czarnej dziury, jeśli cokolwiek pozostanie z gwiazdy, rozpocznie się między majem a sierpniem 2025 roku i potrwa prawie dwa lata” – powiedział Eric Coughlin, współautor nowego artykułu z Uniwersytecie Syracuse w Nowym Jorku. „Prawdopodobnie będzie to raczej przekąska niż pełny posiłek, ponieważ drugi posiłek był mniejszy niż pierwszy, a gwiazda jest zmniejszana”.
Autorzy uważają, że skazana na zagładę gwiazda pierwotnie miała za towarzyszkę inną gwiazdę, gdy zbliżała się do czarnej dziury. Kiedy jednak para gwiazd zbliżyła się zbyt blisko czarnej dziury, grawitacja czarnej dziury odsunęła obie gwiazdy od siebie. Jedna weszła na orbitę z czarną dziurą, a druga została z dużą prędkością wyrzucona w przestrzeń kosmiczną.
„Skazana na zagładę gwiazda została zmuszona do drastycznej zmiany towarzyszy – z innej gwiazdy na gigantyczną czarną dziurę” – powiedział współautor Muryel Guolo z Johns Hopkins University w Baltimore. „Jego gwiezdny partner uciekł, ale tak się nie stało”.
Zespół planuje śledzić AT2018fyk tak długo, jak to możliwe, aby zbadać zachowanie tak egzotycznego systemu.
Więcej informacji na temat tego odkrycia można znaleźć w artykule Kosmiczny mechanizm zegarowy zdekodowany we wzorcach zasilania czarnych dziur.
Odniesienie: „Potencjalne drugie odcięcie od AT2018fyk: zaktualizowana efemeryda orbitalna gwiazdy przetrwającej w ramach paradygmatu zdarzenia powtarzającego się częściowego zakłócenia pływowego” autorstwa Dheeraja Pashama, ER Coughlina, M. Guolo, T. Weversa, CJ Nixona, Jasona T. Hinkle’a i A. Bandopadhyay, 14 sierpnia 2024 r., Listy z dziennika astrofizycznego.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad57b3
Centrum Lotów Kosmicznych im. Marshalla zarządza programem Chandra. Centrum rentgenowskie Chandra w Obserwatorium Smithsonian Astrophysical Observatory kontroluje badania naukowe z Cambridge w stanie Massachusetts i operacje lotnicze z Burlington w stanie Massachusetts.
