Astronomowie, korzystając z danych z[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>NASA’s Swift Observatory, have identified an extraordinary recurring signal from two massive black holes in a galaxy a billion light-years away.
Known as AT 2021hdr, this event showcases a pair of orbiting black holes disturbing a gas cloud, creating periodic light oscillations detectable across multiple wavelengths. This system, located in the constellation Cygnus, provides an unprecedented look at how supermassive black holes interact with their environments.
Black Holes Disrupt Gas Cloud in Distant Galaxy
Scientists using NASA’s Neil Gehrels Swift Observatory have, for the first time, detected signals from two massive black holes disrupting a gas cloud at the center of a distant galaxy.
“It’s a very weird event, called AT 2021hdr, that keeps recurring every few months,” explained Lorena Hernández-García, an astrophysicist at the Millennium Institute of Astrophysics, the Millennium Nucleus on Transversal Research and Technology to Explore Supermassive Black Holes, and University of Valparaíso in Chile. “We think that a gas cloud engulfed the black holes. As they orbit each other, the black holes interact with the cloud, perturbing and consuming its gas. This produces an oscillating pattern in the light from the system.”
Hernández-García led a study on AT 2021hdr, which was published on November 13 in the journal Astronomy and Astrophysics.
The Dual Black Holes of Cygnus
The dual black holes are in the center of a galaxy called 2MASX J21240027+3409114, located 1 billion light-years away in the northern constellation Cygnus. The pair are about 16 billion miles (26 billion kilometers) apart, close enough that light only takes a day to travel between them. Together they contain 40 million times the Sun’s mass.
Scientists estimate the black holes complete an orbit every 130 days and will collide and merge in approximately 70,000 years.
Zobacz, jak chmura gazu napotyka dwie supermasywne czarne dziury. Złożone wzajemne oddziaływanie sił grawitacyjnych i tarcia powoduje kondensację i ogrzewanie chmury. Część gazu jest wyrzucana z układu podczas każdej orbity czarnych dziur. Źródło: F. Goicovic i in. 2016
Wykrywanie zdarzeń i wstępne obserwacje
AT 2021hdr została po raz pierwszy dostrzeżona w marcu 2021 roku przez kierowany przez Caltech obiekt ZTF (Zwicky Transient Facility) w Obserwatorium Palomar w Kalifornii. Zostało ono oznaczone jako potencjalnie interesujące źródło przez ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events). Ten multidyscyplinarny zespół łączy sztuczna inteligencja narzędzia wykorzystujące wiedzę ludzką do raportowania społeczności astronomicznej wydarzeń na nocnym niebie przy wykorzystaniu gór danych zebranych przez programy badawcze takie jak ZTF.
„Chociaż pierwotnie uważano, że ten rozbłysk jest supernową, wybuchy w 2022 roku skłoniły nas do rozważenia innych wyjaśnień” – powiedziała współautorka Alejandra Muñoz-Arancibia, członkini zespołu ALeRCE i astrofizyk w Millennium Institute of Astrophysics i Centrum Modelowania Matematycznego na Uniwersytecie Chile. „Każde kolejne wydarzenie pomogło nam udoskonalić nasz model tego, co dzieje się w systemie”.
Od pierwszego rozbłysku ZTF wykrywa wybuchy z AT 2021hdr co 60–90 dni.
Hernández-García i jej zespół obserwują źródło za pomocą Swifta od listopada 2022 r. Swift pomogła im ustalić, że układ podwójny wytwarza oscylacje w ultrafiolecie i promieniowaniu rentgenowskim w tej samej skali czasu, w jakiej ZTF widzi je w zakresie widzialnym.
Udoskonalanie modelu zakłóceń pływowych
Aby wyjaśnić to, co zobaczyli w danych, badacze przeprowadzili eliminację typu Złotowłosa różnych modeli.
Początkowo myśleli, że sygnał może być produktem ubocznym normalnej aktywności w centrum galaktyki. Następnie rozważyli, czy przyczyną może być zaburzenie pływowe – zniszczenie gwiazdy, która zawędrowała zbyt blisko jednej z czarnych dziur.
W końcu zdecydowali się na inną możliwość – rozerwanie pływowe chmury gazu, większe niż sam układ podwójny. Kiedy chmura napotkała czarne dziury, grawitacja rozerwała ją na kawałki, tworząc włókna wokół pary, a tarcie zaczęło ją podgrzewać. Gaz stał się szczególnie gęsty i gorący w pobliżu czarnych dziur. Podczas orbitowania układów podwójnych złożona gra sił wyrzuca część gazu z układu przy każdym obrocie. Te interakcje wytwarzają zmienne światło, które obserwują Swift i ZTF.
Badania przyszłości i kosmiczne spostrzeżenia
Hernández-García i jej zespół planują kontynuować obserwacje AT 2021hdr, aby lepiej zrozumieć system i ulepszyć swoje modele. Są także zainteresowani badaniem swojej macierzystej galaktyki, która obecnie łączy się z inną pobliską galaktyką – wydarzenie, o którym po raz pierwszy poinformowano w ich artykule.
„Kiedy Swift zbliża się do 20. rocznicy powstania, niewiarygodne jest widzieć całą nową naukę, którą wciąż pomaga społeczności osiągnąć” – powiedział S. Bradley Cenko, główny badacz Swifta w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland. „Pozostało nam jeszcze wiele do nauczenia się o naszym stale zmieniającym się kosmosie”.
Misje NASA są częścią rosnącej, ogólnoświatowej sieci obserwującej zmiany na niebie, aby rozwiązać zagadki działania wszechświata.
Odniesienie: „AT 2021hdr: potencjalne rozerwanie pływowe chmury gazu przez podwójny supermasywny czarna dziura system”: L. Hernández-García, AM Muñoz-Arancibia, P. Lira, G. Bruni, J. Cuadra, P. Arévalo, P. Sánchez-Sáez, S. Bernal, FE Bauer, M. Catelan, F. Panessa , M. Pávez-Herrera, C. Ricci, I. Reyes-Jainaga, B. Ailawadhi, V. Chavushyan, R. Dastidar, A. Deconto-Machado, F. Förster, A. Gangopadhyay, A. García-Pérez, I. Márquez, J. Masegosa, K. Misra, V. M Patiño-Alvarez, M Puig-Subirà, J. Rodi i M. Singh, 13 listopada 2024, Astronomia i astrofizyka.
DOI: 10.1051/0004-6361/202451305
Goddard zarządza misją Swift we współpracy z Penn State, Narodowym Laboratorium Los Alamos w Nowym Meksyku i Northrop Grumman Space Systems w Dulles w Wirginii. Inni partnerzy to Uniwersytet w Leicester i Laboratorium Nauk Kosmicznych Mullard w Wielkiej Brytanii, Obserwatorium Brera we Włoszech i Włoska Agencja Kosmiczna.
