Teleskopy uchwyciły moment narodzin czarnej dziury

17 czerwca 2018 roku niesamowicie jasny rozbłysk oświetlił nocne niebo. Zarejestrowały go dwa bliźniacze teleskopy ATLAS na Hawajach. Astronomowie ustalili, że miał on miejsce w gwiazdozbiorze Herkulesa, który znajduje się w odległości około 200 milionów lat świetlnych od nas. Jaskrawa anomalia nazwana AT2018cow lub po prostu „The Cow” (Krowa), zniknęła równie szybko, jak się pojawiła.

Międzynarodowy zespół naukowców po połączeniu kilku źródeł obrazowania, w tym promieni rentgenowskich i fal radiowych stwierdził, że teleskopy uchwyciły moment, w którym gwiazda zapadła się tworząc zwarty obiekt, taki jak czarna dziura lub gwiazda neutronowa. To rzadkie wydarzenie pomoże astronomom lepiej zrozumieć procesy zachodzące podczas pierwszych chwil powstania tego typu obiektów.

- Uważamy, że Krowa to narodziny akreującej czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej. Wiemy z teorii, że czarne dziury i gwiazdy neutronowe powstają, gdy umiera gwiazda, ale nigdy nie widzieliśmy ich zaraz po urodzeniu – powiedziała Raffaella Margutti z Northwestern University.

Wyniki badań zespołu kierowanego przez Margutti zostały przedstawione na spotkaniu American Astronomical Society i zostaną opublikowane na łamach pisma „Astrophysical Journal”.

Krową niemal natychmiast zainteresowała się międzynarodowa społeczność astronomów. Ale badacze nie byli pewni z czym właściwie mają do czynienia. - Myśleliśmy, że to musi być supernowa, ale to, co zaobserwowaliśmy, rzuciło wyzwanie naszym aktualnym wyobrażeniom o śmierci gwiazdy – wyjaśniła Margutti.

Zaobserwowana anomalia była nienaturalnie jasna, od 10 do 100 razy jaśniejsza niż typowa supernowa. Rozbłysk zniknął znacznie szybciej niż inne znane eksplozje gwiazd. W ciągu zaledwie 16 dni obiekt wyemitował większość swojej energii. We Wszechświecie, w którym pewne zjawiska trwają miliony, a nawet miliardy lat, dwa tygodnie to mrugnięcie okiem.

- Wiedzieliśmy od razu, że to źródło zmieniło się z nieaktywnego na mające szczytowe natężenie światła w ciągu zaledwie kilku dni. To wystarczyło, aby wszyscy byli podekscytowani – przyznała Margutti i dodała, że ekscytację powiększał fakt, że według astronomicznych standardów, zaobserwowana anomalia była bardzo blisko.

Astronomowie z zespołu Margutti za pomocą teleskopów Kecka na Hawajach i Obserwatorium MMT w Arizonie, a także dzięki dostępowi do teleskopu SoAR w Chile dokładnie przyjrzeli się Krowie. Zbadali jej skład chemiczny znajdując wyraźne dowody na istnienie wodoru i helu, które wykluczały łączenie się kompaktowych obiektów, takich jak te wytwarzające fale grawitacyjne.

Zespół Margutti, poza zbadaniem obiektu w optycznej długości fali, zastosował bardziej kompleksowe podejście. Naukowcy wykorzystali w badaniach promienie rentgenowskie, twarde promienie rentgenowskie (10 razy silniejsze niż zwykłe), fale radiowe i promienie gamma. To umożliwiło dalsze badania anomalii na długo po tym, jak jej początkowa jasność wyblakła.

Chociaż gwiazdy mogą przez cały czas zapadać się w czarne dziury, duża ilość materiału wokół nowo narodzonych czarnych dziur zasłania astronomom widok. Na szczęście wokół Krowy krążyło około 10 razy mniej materiału w porównaniu do typowej gwiezdnej eksplozji. Jego brak pozwolił astronomom spojrzeć prosto do "centralnego silnika" obiektu, który ujawnił się jako prawdopodobna czarna dziura lub gwiazda neutronowa.

- Trudno byłoby to dostrzec w normalnej eksplozji gwiezdnej, ale Krowa miała bardzo małą masę wyrzutową, co pozwoliło nam bezpośrednio zobaczyć promieniowanie z centralnego silnika – wyjaśniła Margutti.

Mimo że rozbłysk zlokalizowano w odległej galaktyce karłowatej o nazwie CGCG 137-068 znajdującej się w odległości około 200 milionów lat świetlnych, według standardów astronomiczny, to "tuż za rogiem". - To jest najbliższy, przejściowy obiekt tego rodzaju, jaki kiedykolwiek znaleźliśmy – zaznaczyła Margutti.

Źródło: Northwestern University, fot. Raffaella Margutti/Northwestern University