Nowe odkrycia ujawniają niebezpieczną podróż gwiazdy wokół supermasywu czarna dziurapowodując okresowe zakłócenia i intensywną emisję światła, pomagając astronomom przewidywać przyszłe wydarzenia kosmiczne.
- Astronomowie poprawnie przewidzieli, kiedy gigantyczna czarna dziura zakończy swój ostatni posiłek, i obliczyli harmonogram swoich przekąsek w przyszłości.
- Gwiazda krąży wokół supermasywnej czarnej dziury w galaktyce oddalonej od Ziemi o około 860 milionów lat świetlnych.
- Za każdym razem, gdy gwiazda zbliża się najbliżej, czarna dziura odrywa kawałki gwiazdy i część z nich pochłania.
- Dane z NASAChandra, Swift i XMM-Newton należący do ESA dostarczają astronomom informacji o tym, kiedy te posiłki będą miały miejsce.
Odkrywanie tajemnic czarnej dziury
Wykorzystując nowe dane z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i Obserwatorium Neila Gehrelsa Swifta, a także XMM-Newton należącego do ESA, zespół badaczy poczynił istotne postępy w zrozumieniu, w jaki sposób – i kiedy – supermasywna czarna dziura uzyskuje, a następnie zużywa materię.
Wrażenie tego artysty pokazuje gwiazda który został częściowo zakłócony przez taką czarną dziurę w układzie znanym jako AT2018fyk. Supermasywna czarna dziura w AT2018fyk – o masie około 50 milionów razy większej od masy Słońca – znajduje się w centrum galaktyki oddalonej o około 860 milionów lat świetlnych od Ziemi.
Astronomowie ustalili, że gwiazda krąży po wysoce eliptycznej orbicie wokół czarnej dziury w AT2018fyk, w związku z czym jej punkt najdalszego podejścia do czarnej dziury jest znacznie większy niż jej najbliższy punkt. Podczas największego zbliżenia siły pływowe z czarnej dziury wyciągają część materii z gwiazdy, tworząc dwa ogony pływowe „gwiezdnego gruzu”.
Cykl zniszczenia i emisji
Ilustracja przedstawia punkt na orbicie wkrótce po częściowym zniszczeniu gwiazdy, kiedy ogony pływowe nadal znajdują się blisko gwiazdy. W dalszej części orbity gwiazdy rozerwana materia wraca do czarnej dziury i traci energię, co prowadzi do dużego wzrostu jasności promieniowania rentgenowskiego występującego w dalszej części orbity (niepokazanego tutaj). Proces ten powtarza się za każdym razem, gdy gwiazda powraca do punktu największego zbliżenia, czyli co około 3,5 roku. Ilustracja przedstawia gwiazdę podczas jej drugiej orbity oraz dysk gazu emitującego promieniowanie rentgenowskie wokół czarnej dziury, który powstaje jako produkt uboczny pierwszego spotkania pływowego.
Śledzenie zjawisk astronomicznych poprzez jasność
Naukowcy zwrócili uwagę na AT2018fyk w 2018 r., kiedy optyczne naziemne badanie ASAS-SN wykazało, że system stał się znacznie jaśniejszy. Po obserwacjach za pomocą teleskopów NICER, Chandra i XMM-Newton naukowcy ustalili, że wzrost jasności wynika z „zdarzenia zakłócenia pływowego”, w skrócie TDE, które sygnalizuje, że gwiazda została całkowicie rozerwana i częściowo pochłonięta po przelocie zbyt blisko gwiazdy. czarna dziura. Dane Chandry z AT2018fyk pokazane są na wstawce obrazu optycznego o szerszym polu widzenia.
Ciągła uczta czarnej dziury na pozostałościach gwiazd
Kiedy materia zniszczonej gwiazdy zbliżyła się do czarnej dziury, stała się gorętsza i wyemitowała światło rentgenowskie i ultrafioletowe (UV). Sygnały te następnie osłabły, zgadzając się z koncepcją, że z gwiazdy nie pozostało nic, co mogłaby strawić czarna dziura.
Jednak około dwa lata później promieniowanie rentgenowskie i ultrafioletowe galaktyki ponownie stało się znacznie jaśniejsze. Oznaczało to, według astronomów, 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, który wytworzył więcej światła rentgenowskiego i UV.
Przewidywanie niebiańskich wydarzeń
Na podstawie tego, czego dowiedział się o gwieździe i jej orbicie, zespół astronomów przewidział, że drugi posiłek czarnej dziury zakończy się w sierpniu 2023 roku, i zwrócił się o sprawdzenie czasu obserwacji Chandry. Obserwacje Chandry przeprowadzone 14 sierpnia 2023 roku rzeczywiście pokazały charakterystyczny znak końca karmienia czarnej dziury wraz z nagłym spadkiem promieniowania rentgenowskiego. Naukowcy uzyskali także lepsze oszacowanie czasu potrzebnego gwieździe na okrążenie i przewidzieli przyszłe pory posiłków czarnej dziury.
Artykuł opisujący te wyniki ukazał się w numerze miesięcznika z 14 sierpnia 2024 r The Dziennik astrofizyczny.
Więcej informacji na temat tego odkrycia można znaleźć w artykule Kosmiczny mechanizm zegarowy zdekodowany we wzorach karmienia 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., The Listy do dzienników astrofizycznych.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad57b3
Autorami są Dheeraj Passam (Massachusetts Institute of Technology), Eric Coughlin (Syracuse University), Muryel Guolo (Johns Hopkins University), Thomas Wevers (Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych), Chris Nixon (Uniwersytet w Leeds, Wielka Brytania), Jason Hinkle (Uniwersytet Hawajski w Manoa) i Ananaya Bandopadhyay (Syracuse).
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.
