Dodano: 13 październik 2020r.

Teleskopy zarejestrowały ostatnie chwile gwiazdy rozrywanej na strzępy przez czarną dziurę

W galaktyce znajdującej się 215 milionów lat świetlnych od Ziemi naukowcy zaobserwowali błysk światła - ostatni krzyk umierającej gwiazdy, która za bardzo zbliżyła się do supermasywnej czarnej dziury i została przez nią rozerwana. To najbliższe tego typu zdarzenie, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, oferuje bezprecedensowy wgląd w ten gwałtowny kosmiczny proces.

Teleskopy zarejestrowały ostatnie chwile gwiazdy rozrywanej na strzępy przez czarną dziurę

 

Uchwycenie śmierci gwiazdy w wyniku rozerwania przez czarną dziurę należy do rzadkości. Zdarzenie zarejestrowane przez teleskopy należące do Europejskiego Obserwatorium Południowego oraz teleskopy innych instytucji z całego świata to tzw. rozerwanie pływowe (ang. tidal distruption events). Kiedy gwiazda zbliży się zbytnio do czarnej dziury, jej ogromna siła pływowa - produkt jej pola grawitacyjnego – rozrywa gwiazdę na cienkie strumienie materii, które są wciągane przez masywny obiekt.

Rozerwanie pływowe

Rozerwanie pływowe to jedno ze zjawisk, którego nie potrafimy przewidzieć. Trzeba obserwować niebo i czekać na charakterystyczny rozbłysk. Rozerwanie pływowe uwalnia rozbłysk światła, zanim szczątki zdezintegrowanej gwiazdy znikną poza horyzontem zdarzeń czarnej dziury.

Rozbłysk w centrum galaktyki leżącej w gwiazdozbiorze Erydanu, oddalonej od Układu Słonecznego o 215 milionów lat świetlnych, został zauważony we wrześniu ubiegłego roku. Natychmiast teleskopy z całego świata zwróciły swoje zwierciadła na wskazany region. Rozbłysk nazwano AT2019qiz. Jak podano w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, czarna dziura o masie około miliona mas Słońca rozerwała gwiazdę mniej więcej tak dużą jak nasze Słońce.

- Natychmiast skierowaliśmy zestaw teleskopów naziemnych i kosmicznych w tym kierunku, aby zobaczyć, jak wytwarzane jest światło – mówi Thomas Wevers z ESO, współautor publikacji.

Spaghettizacja

Kiedy obiekt nazbyt zbliży się do czarnej dziury, doświadcza ogromnej grawitacji i najczęściej zostaje rozerwany na stosunkowo cienkie nitki materii. Choć nazwa niesie ze sobą raczej skojarzenia z kuchnią, to w astronomii zjawisko to nazywane jest spaghettizacją albo efektem makaronu. Rozciągnięta materia, przypominająca spaghetti, jest podgrzewana do ogromnych temperatur i następnie wiruje wokół czarnej dziury, aż zniknie za horyzontem zdarzeń.

- Pomysł, że czarna dziura „zasysa” pobliską gwiazdę, brzmi jak science fiction, ale mniej więcej tak to wygląda w przypadku rozerwania pływowego – mówi główny autor publikacji Matt Nicholl z Uniwersytetu w Birmingham.

W efekcie spaghettizacji, materia gwiazdy opada na czarną dziurę i uwalnia jasny rozbłysk energii. Rozbłysk jest wynikiem intensywnych wpływów grawitacyjnych i tarcia w akreującym materiale. Te wpływy nagrzewają materiał do tak wysokich temperatur, że rozerwanie pływowe może na krótko przyćmić swoją jasnością galaktykę macierzystą.

Przeważnie ten rozbłysk przynajmniej częściowo jest przesłaniany przez chmurę pyłu, co utrudnia badanie szczegółów. Ostatnie obserwacje zostały wykonane w dobrym momencie i naukowcy mają nadzieję, że dzięki nim uda im się rzucić nieco więcej światła na procesy zachodząca podczas rozrywania pływowego i pochodzenie pyłowej zasłony.

Nowe odkrycia

- Odkryliśmy, że kiedy czarna dziura pożera gwiazdę, może wyrzucić na zewnątrz potężny podmuch materii, który zasłania nam widok - wyjaśnia Samantha Oates z Uniwersytetu Birmingham w Wielkiej Brytanii.

- Ponieważ uchwyciliśmy zdarzenie we wczesnym stadium, mogliśmy zobaczyć zasłonę z pyłu i resztek gwiazdy unoszącą się, gdy czarna dziura wyrzuciła potężny wypływ materii z prędkościami do 10 000 km/s. Te unikalne obserwacje przez zasłonę dostarczyły pierwszej okazji do określenia pochodzenia zasłaniającego materiału i śledzenia w czasie rzeczywistym, jak otacza czarną dziurę – dodaje Kate Alexander z Northwestern University.

Od momentu pierwszej rejestracji rozbłysku, zanikł on całkiem w ciągu kilku miesięcy. Nicholl i jego zespół zaobserwowali i dokładnie wykreślili zanikanie AT2019qiz na wielu długościach fal światła, w tym w ultrafiolecie, promieniowaniu radiowym, świetle widzialnym i rentgenowskim. To był kolejny łut szczęścia – dotychczas rozerwania pływowe nie były rejestrowane z takimi szczegółami. To światło pozwoliło zespołowi obliczyć masy zaangażowane w AT2019qiz.

- Obserwacje wykazały, że gwiazda miała mniej więcej taką samą masę jak nasze Słońce i że straciła mniej więcej połowę tej masy na rzecz czarnej dziury, która jest ponad milion razy masywniejsza” - powiedział Nicholl.

Dzięki szybkości, z jaką naukowcy zwrócili uwagę na zdarzenie, jego bliskości i szerszym niż zwykle spektrum, w którym zdarzenie było obserwowane, naukowcy po raz pierwszy ujawnili bezpośredni związek pomiędzy materią wypływającą z gwiazdy, a jasnym rozbłyskiem emitowanym w trakcie pożerania przez czarną dziurę. Innymi słowy, błysk towarzyszący rozerwaniu pływowym jest częścią tego procesu a nie odrębnym zjawiskiem.

Wyjątkowe obserwacje

- AT2019qiz to najbliższe odkryte do tej pory zdarzenie rozerwania pływowego, a zatem niezwykle dobrze obserwowane w całym spektrum elektromagnetycznym. Jest to pierwszy przypadek, w którym widzimy bezpośrednie dowody na wypływający gaz podczas procesu rozerwania i akrecji, który wyjaśnia zarówno emisje w zakresie optycznym, jak i radiowe, które widzieliśmy w przeszłości - zaznacza Edo Berger z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. - Do tej pory natura tych emisji była przedmiotem intensywnych dyskusji, ale tutaj widzimy, że te dwa zdarzenia są połączone jednym procesem. To wydarzenie uczy nas szczegółowych fizycznych procesów akrecji i wyrzutu masy z supermasywnych czarnych dziur – dodaje.

Na początku tego roku zespół potwierdził, że część szczątków z rozbitej gwiazdy nadal wiruje w dysku materii, który zasila czarną dziurę. We wcześniejszych obserwacjach tego procesu uczeni ustalili, że gwiazdy mogą uniknąć całkowitego zniszczenia. Choć to tylko odwlekanie nieuniknionego. Czarna dziura może racjonować swój posiłek i karmić się resztkami gwiazdy przez miliardy lat.

Jednak AT2019qiz, jak twierdzą naukowcy, to szczególny przypadek. Pozyskane dane pozwolą lepiej zrozumieć supermasywne czarne dziury i zachowanie materii w tym ekstremalnym środowisku. Naukowcy porównali nawet AT2019qiz do kamienia z Rosetty, który posłuży do interpretacji przyszłych zjawisk rozerwania pływowego.

 

Źródło: ESO, fot. ESO/M. Kornmesser