A[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>black hole’s destructive power unfolds as scientists discover a stellar collision in a galaxy’s core. A torn-apart star forms a debris disk that encounters a second star, triggering repeating X-ray bursts. This dramatic encounter, witnessed by multiple observatories, has linked two cosmic mysteries, providing clues about quasi-periodic eruptions and tidal disruption events.
A massive black hole has torn apart a star, scattering its remnants into a disk of debris that now threatens another nearby object—possibly another star or a smaller black hole that was previously safe.
This discovery, made through observations with NASA’s Chandra X-ray Observatory, Hubble Space Telescope, NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer), Neil Gehrels Swift Observatory, and other telescopes, has provided crucial evidence connecting two previously mysterious phenomena.
The Formation of a Stellar Graveyard
In 2019, astronomers detected the signal of a star that had ventured too close to a black hole, where it was torn apart by intense gravitational forces. Its remains formed a swirling disk around the black hole—a kind of “stellar graveyard.”
Over the past few years, this debris disk has expanded outward and now lies in the orbit of another celestial object that circles the black hole at a once-safe distance. This object now plunges through the debris every 48 hours, producing bursts of X-rays with each collision—a phenomenon captured by Chandra and offering astronomers a rare view into the violent interactions around black holes.
“Imagine a diver repeatedly going into a pool and creating a splash every time she enters the water,” said Matt Nicholl of Queen’s University Belfast, United Kingdom, the lead author of the study that appears in the current issue of Nature. “The star in this comparison is like the diver and the disk is the pool, and each time the star strikes the surface it creates a huge ‘splash’ of gas and X-rays. As the star orbits around the black hole, it does this over and over again.”
Zdarzenia związane z zakłóceniami pływowymi i wybuchami promieniowania rentgenowskiego
Naukowcy udokumentowali wiele przypadków, w których obiekt zbytnio zbliżył się do czarnej dziury i został rozerwany na kawałki w pojedynczym rozbłysku światła. Astronomowie nazywają to „zdarzeniami zakłóceń pływowych”. W ostatnich latach astronomowie odkryli także nową klasę jasnych błysków z centrów galaktyk, które są wykrywane tylko w promieniach rentgenowskich i powtarzają się wielokrotnie. Zdarzenia te są również powiązane z supermasywnymi czarnymi dziurami, ale astronomowie nie byli w stanie wyjaśnić, co jest przyczyną półregularnych rozbłysków promieni rentgenowskich. Nazwali te „quasi-okresowe erupcje”.
„Istniały gorączkowe spekulacje, że te zjawiska są ze sobą powiązane, a teraz odkryliśmy dowód, że tak jest” – powiedział współautor Dheeraj Pasham z Massachusetts Institute of Technology. „To jak otrzymać kosmiczne dwa do jednego, jeśli chodzi o rozwiązywanie zagadek”.
AT2019qiz: Odkrywanie tajemnicy
To zdarzenie rozerwania pływowego, znane obecnie jako AT2019qiz, zostało po raz pierwszy odkryte przez szerokokątny teleskop optyczny w Obserwatorium Palomar, zwany Zwicky Transient Facility, w 2019 r. W 2023 r. astronomowie wykorzystali Chandrę i Hubble’a do zbadania pozostałości pozostawionych po fali pływowej. zakłócenia się skończyły.
Dane Chandry uzyskano podczas trzech różnych obserwacji, każdą w odstępie około 4 do 5 godzin. Całkowita ekspozycja trwająca około 14 godzin czasu Chandra ujawniła jedynie słaby sygnał w pierwszym i ostatnim fragmencie, ale bardzo silny sygnał w środkowej obserwacji.
Stamtąd Nicholl i jego koledzy używali NICER do częstego sprawdzania AT2019qiz pod kątem powtarzających się rozbłysków rentgenowskich. Dane NICER wykazały, że AT2019qiz wybucha mniej więcej co 48 godzin. Obserwacje wykonane za pomocą teleskopu Swift i indyjskiego teleskopu AstroSat potwierdziły to odkrycie.
Ujawnianie rozmiaru i wpływu dysku
Dane ultrafioletowe z Hubble’a, uzyskane w tym samym czasie, co obserwacje Chandry, pozwoliły naukowcom określić rozmiar dysku wokół supermasywnej czarnej dziury. Odkryli, że dysk stał się na tyle duży, że jeśli jakikolwiek obiekt krążyłby wokół czarnej dziury w okresie około tygodnia lub krótszym, zderzyłby się z dyskiem i spowodował erupcje.
„To duży przełom w naszym rozumieniu pochodzenia tych regularnych erupcji” – powiedział Andrew Mummery z Uniwersytetu Oksfordzkiego. „Teraz zdajemy sobie sprawę, że musimy poczekać kilka lat, aż erupcje „włączą się” po rozerwaniu gwiazdy, ponieważ rozciągnięcie dysku na tyle, aby spotkać inną gwiazdę, zajmuje trochę czasu”.
Implikacje dla przyszłych badań astronomicznych
Wynik ten ma wpływ na poszukiwanie bardziej quasi-okresowych erupcji związanych z zakłóceniami pływowymi. Znalezienie ich większej liczby umożliwiłoby astronomom zmierzenie częstości występowania i odległości 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 rosnącej, ogólnoświatowej sieci misji o różnych, ale uzupełniających się możliwościach, których zadaniem jest obserwowanie takich zmian, jak te, aby rozwiązać tajemnice działania wszechświata.
Artykuł opisujący te wyniki został po raz pierwszy opublikowany w Internecie przez: Natura 9 października 2024 r. Ukazał się także drukiem w numerze czasopisma z 24 października.
Odniesienie: „Quasi-okresowe erupcje rentgenowskie lata po pobliskim zdarzeniu rozerwania pływowego” M. Nicholl, DR Pasham, A. Mummery, M. Guolo, K. Gendreau, GC Dewangan, EC Ferrara, R. Remillard, C. Bonnerot, J. Chakraborty, A. Hajela, VS Dhillon, AF Gillan, J. Greenwood, ME Huber, A. Janiuk, G. Salvesen, S. van Velzen, A. Aamer, KD Alexander, CR Angus, Z. Arzoumanian, K. Auchettl, E. Berger, T. de Boer, Y. Cendes, KC Chambers, T.-W. Chen, R. Chornock, MD Fulton, H. Gao, JH Gillanders, S. Gomez, BP Gompertz, AC Fabian, J. Herman, A. Ingram, E. Kara, T. Laskar, A. Lawrence, C.-C . Lin, TB Lowe, EA Magnier, R. Margutti, SL McGee, P. Minguez, T. Moore, E. Nathan, SR Oates, KC Patra, P. Ramsden, V. Ravi, EJ Ridley, X. Sheng, SJ Smartt , KW Smith, S. Srivastav, R. Stein, HF Stevance, SGD Turner, RJ Wainscoat, J. Weston, T. Wevers i DR Young, 9 października 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08023-6
Centrum lotów kosmicznych Marshalla w Huntsville w stanie Alabama zarządza programem Chandra. Centrum rentgenowskie Chandra w Obserwatorium Smithsonian Astrophysical Observatory kontroluje operacje naukowe z Cambridge w stanie Massachusetts oraz operacje lotnicze z Burlington w stanie Massachusetts.
