Czarna dziura rozerwała gwiazdę w odległej galaktyce

Było to wydarzenie niewidziane od ponad dekady: nagły rozbłysk energii wystrzelił z centrum odległej galaktyki, wystarczająco jasny, aby był widoczny z odległości 8,5 miliarda lat świetlnych. Z rozbłyskiem światła równoważnym ponad 1000 bilionów słońc, błysk został po raz pierwszy wykryty przez Zwicky Transit Facility, przegląd nocnego nieba całego nieba przeprowadzony z Obserwatorium Palomar w Kalifornii.

„W te walentynki znaleźliśmy zaskakujące źródło. To było po prostu dziwne!” Igor Andreone z University of Maryland, główny autor książki Jeden Z dwa dokumenty dotyczące tego wydarzenia – powiedział krawędź. „A Strange jest dobry w nauce. Oznacza to, że jest to coś, z czego można się uczyć.”

W ciągu kilku dni astronomowie na całym świecie skierowali swoje teleskopy na błysk, obserwując go w promieniach rentgenowskich, radiowych i innych długościach fal. Był niezwykle jasny i przypominał rozbłysk gamma – rodzaj jasnego błysku zwykle wykrywanego przez teleskopy gamma lub rentgenowskie. Ale to zostało zauważone za pomocą teleskopu optycznego.

Ogromna jasność błysku doprowadziła astronomów do wniosku, że musiało to być spowodowane pęknięciem gwiazdy. Gwiazda zawędrowała zbyt blisko supermasywnej czarnej dziury w sercu galaktyki i jest rozrywana przez siły grawitacyjne. „Może całkowicie rozerwać gwiazdę. Dosłownie jest ciągnięta i rozciągana, aż nie może już stać razem. Nazywa się to rozerwaniem pływowym, a astronomowie zaobserwowali dziesiątki takich zdarzeń w ostatnich latach” – wyjaśnił Andreone.

Niezwykłe w tym konkretnym zdarzeniu jest to, że spowodowało ono ogromny wylew energii, gdy materia jest wyrzucana z biegunów czarnej dziury z prędkością bliską prędkości światła. „Nie wiemy dlaczego, ale czasami bardzo silny strumień materii jest uwalniany, gdy gwiazda ulega rozerwaniu” – powiedział Andreoni. Uważa się, że ten dżet jest szczególnie jasny, ponieważ jest skierowany bezpośrednio na Ziemię, przez co wydaje się jaśniejszy i widoczny w szerszej części widma elektromagnetycznego.

Aby wykryć ekscytujące, przejściowe zdarzenia, takie jak te, astronomowie potrzebują teleskopów, które stale skanują jak największą część nieba i wykrywają wszelkie nagłe zmiany jasności — takie jak przejściowy obiekt Zwicky. Ale każdej nocy obserwuje się tysiące zmian jasności, więc ta ogromna ilość danych musi zostać dopracowana, aby odkryć najciekawsze rzeczy. Grupa Andreoniego przegląda te dane, aby znaleźć bardzo szybkie zdarzenia na długości fali optycznej.

Nagłe zmiany jasności są prawdopodobnie spowodowane wybuchem supernowej lub połączeniem dwóch gwiazd neutronowych. Potrzeba więcej obserwacji, aby zrozumieć konkretne zdarzenie, które wywołało mruganie. Na przykład supernowa świeci przez kilka tygodni, czyli bardzo szybko jak na standardy astronomiczne. Ale to szczególne wydarzenie rozjaśniło się szybciej, w ciągu kilku godzin lub dni. Co sprawiło, że było to natychmiastowe i pilne znaczenie.

Grupa zgłosiła ten błysk społeczności międzynarodowej i zachęciła badaczy, którzy pracowali z teleskopami działającymi na innych długościach fal, takich jak promieniowanie radiowe lub rentgenowskie, do jego monitorowania. W sumie 21 teleskopów dostarczyło danych na temat tego wydarzenia. „Kiedy wszystkie elementy układanki zostały zebrane i połączone, powstał ten obraz, który był absolutnie niesamowity” – powiedział Andreoni. „Nie spodziewaliśmy się znaleźć tak rzadkiego źródła, na pewno nie w optyce”.

Spośród gwiazd rozerwanych przez czarne dziury tylko około 1 procent wydaje się wytwarzać te potężne dżety, ale naukowcy wciąż nie są do końca pewni, dlaczego. Kiedy gwiazda jest rozrywana, a jej materia jest przyciągana w kierunku czarnej dziury, energia tej materii jest przekształcana w światło. Przypuszcza się, że pola magnetyczne i wirowanie czarnej dziury mogą ze sobą współpracować, powodując opadanie materii z jej biegunów – jak tubka z farbą ściśniętą w środku, tak że materia wylatuje z obu końców.

„Mówimy o masie Ziemi rozrywanej, skręcanej i uwalnianej z prędkością prawie tysięcy razy większą od prędkości światła. To naprawdę wyjątkowa okazja do zbadania czegoś, co byłoby niemożliwe do odtworzenia na Ziemi” – powiedział Andreone.

Po raz pierwszy taki dżet został wykryty w widzialnej części widma elektromagnetycznego, znanej również jako długość fali optycznej. Wcześniej dżety z okolic czarnych dziur wykrywano obserwując promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie gamma i fale radiowe.

Oba mówią astronomom coś o środowisku wokół czarnej dziury – że nie jest tak gęste, ponieważ przepuszcza światło optyczne – i pokazują, że spojrzenie w zakres optyczny może być użytecznym sposobem na wykrycie tych ekstremalnych zdarzeń w przyszłości.

Konieczność szybkiego reagowania teleskopów na takie zdarzenia stwarza również impuls do większej elastyczności w projektowaniu i planowaniu teleskopów. Teleskopy takie jak Hubble czy James Webb są niezwykle popularne, co oznacza, że ​​więcej badaczy ubiega się o czas na teleskopie, niż jest w stanie pomieścić. Dlatego przestrzeganie czasu jest skrupulatnie planowane z wieloletnim wyprzedzeniem i Każda ostatnia minuta czasu obserwacji Tak dużo jak to możliwe. Ale istnieje również zapotrzebowanie na teleskopy, które mogą reagować na rzadkie zdarzenia w ciągu kilku godzin, a nawet minut.

Trudno jest bezpiecznie i szybko zmienić kierunek teleskopu kosmicznego, więc Hubble i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba uczestniczą w tego typu poszukiwaniach tylko sporadycznie. Ale niedawno zbudowane teleskopy naziemne, takie jak sieć główna albo GROWTH-India Telescopespecjalizują się w skanowaniu nieba w poszukiwaniu zdarzeń związanych z promieniowaniem gamma i podejmowaniu natychmiastowych, niezależnych działań w celu ich monitorowania.

I zawsze istnieje możliwość interwencji opartej na ludziach. Andreone powiedział: „Czasami dosłownie musisz zadzwonić do ludzi i powiedzieć:„ Hej, czy mógłbyś skierować teleskop na tę lub inną współrzędną? W innych przypadkach naukowcy przesyłają prośby za pośrednictwem systemów online o obserwacje w dostępnych momentach.Rośnie zainteresowanie obserwowaniem, jak teleskopy reagują na te krótkie, rzadkie, ale ważne z naukowego punktu widzenia zdarzenia.

Andreone powiedział, że zarówno międzynarodowa współpraca między naukowcami pracującymi z różnymi teleskopami, jak i zdolność tych teleskopów do szybkiego reagowania są niezbędne do osiągnięcia tego przełomu w obserwacji czarnej dziury. „To było bardzo ważne dla tego rodzaju odkrycia. Gdybyśmy nie mogli tego zrobić za pomocą żadnego teleskopu, nie zdawalibyśmy sobie sprawy, że siedzimy na tak dużym znalezisku.”