Artystyczna wizja czarnej dziury pochłaniającej gwiazdę
Artystyczne wyobrażenie ilustrujące, jak może wyglądać sytuacja, gdy gwiazda znajdzie się zbyt blisko czarnej dziury. Gwiazda zostaje ściśnięta przez intensywne przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury. Część materii gwiazdy jest ściągana i wiruje wokół czarnej dziury formując dysk widoczny na obrazku. W rzadkich przypadkach, takich jak ten, z biegunów czarnej dziury są wystrzeliwane dżety materii i promieniowania. W przypadku zdarzenia AT2022cmc dowód na istnienie dżetów został uzyskany przez różne teleskopy (w tym przez VLT), które ustaliły, że mamy do czynienia z najdalszym przykładem tego rodzaju sytuacji.
Źródło: ESO/M.KornmesserWcześniej w tym roku został zgłoszony alert dotyczący nietypowego źródła w zakresie widzialnym, wykrytego przez teleskop do przeglądu nieba. Należący do ESO, Bardzo Duży Teleskop (VLT), został razem z innymi teleskopami szybko ustawiony w kierunku źródła: supermasywnej czarnej dziury w odległej galaktyce, która pochłonęła gwiazdę, wystrzeliwując resztki w formie dżetu. VLT ustalił, że mamy do czynienia z najdalszym przykładem tego rodzaju zdarzenia, spośród dotąd zaobserwowanych. Ponieważ dżet jest skierowany prawie dokładnie w naszą stronę, jest to także pierwszy raz, gdy odkryto go w zakresie widzialnym, dając w ten sposób nową metodę wykrywania tych ekstremalnych wydarzeń.
Gwiazdy, które zawędrują zbyt blisko czarnej dziury są rozrywane przez niesamowite siły pływowe czarnej dziury w zdarzeniu określanym rozerwaniem pływowym, w języku angielskim: tidal disruption event (TDE). Około 1% takich zdarzeń powoduje powstanie dżetów plazmy i promieniowania wyrzucanych z biegunów rotującej czarnej dziury. W 1971 roku pionier czarnych dziur John Wheeler [1] wprowadził koncepcję rozerwania pływowego z dżetami, niczym „tubki pasy do zębów naciśniętej mocno w okolicach środka”, co powoduje, że system „wystrzeliwuje materię z obu końców”.
„Widzieliśmy jedynie garstkę rozerwań pływowych z dżetami i pozostają one bardzo egzotyczne i słabo zrozumiane” mówi Nial Tanvir z University of Leicester w Wielkiej Brytanii, który kierował obserwacjami ustalającymi przy pomocy VLT odległość do obiektu. Dlatego astronomowie nieustannie polują na takie ekstremalnie zdarzenia, aby zrozumieć, w jaki faktycznie sposób tworzone są dżety i dlaczego tak mały odsetek rozerwań pływowych je wytwarza.
Jako część tych wysiłków, wiele teleskopów, w tym Zwicky Transient Facility (ZTF) w Stanach Zjednoczonych, ciągle przegląda niebo w poszukiwaniu oznak krótkotrwałych, często ekstremalnych, zdarzeń, które mogą następnie zostać dokładniej zbadane przez teleskopy takie, jak należący do ESO teleskop VLT w Chile. „Opracowaliśmy cykl przetwarzania danych (tzw. przetwarzanie potokowe) o otwartym kodzie, aby przechowywać i wydobywać ważne informacje z przeglądu ZTF i w czasie rzeczywistym uzyskiwać alerty o nietypowych zdarzeniach” wyjaśnia Igor Andreoni, astronoma na University of Maryland w USA, który razem z Michaelem Coughlinem z University of Minnesota sa pierwszymi autorami artykułu opublikowanego dzisiaj w Nature.
W lutym tego roku ZTF wykrył nowe źródło światła widzialnego. Zdarzenie, oznaczone jako AT2022cmc, przypominało rozbłysk gamma — najpotężniejsze źródło światła we Wszechświecie. Perspektywa bycia światkiem takiego rzadkiego zjawiska skłoniła astronomów do uruchomienia kilku teleskopów na całym świecie, w celu bardziej szczegółowych obserwacji tajemniczego źródła. Wśród nich był teleskop VLT, który szybko zaobserwował nowe zdarzenie przy pomocy instrumentu X-shooter. Dane z VLT umieściły źródło w odległości dotąd niespotykanej dla takich przypadków: światło wytworzone w AT2022cmc zaczęło swoją podróż, gdy Wszechświat miał około jedną trzecią swojego obecnego wieku.
21 teleskopów na całym świecie zebrało szeroki zakres światła, od wysokoenergetycznego promieniowania gamma do fal radiowych. Badacze porównali te dane z różnymi rodzajami znanych zdarzeń, od zapadających się gwiazd do kilonowych. Ale jedynym scenariuszem pasującym do danych było rzadkie rozerwanie pływowe z dżetem skierowanym w naszą stronę. Giorgos Leloudas, astronom w DTU Space w Danii, współautor badan, wyjaśnia, że „ponieważ relatywistyczny dżet jest skierowany do nas, czyni to zdarzenie znacznie jaśniejszym niż byłoby w innej konfiguracji, widocznym w znacznie szerszym zakresie widma elektromagnetycznego.”
Pomiary odległości przez VLT ustaliły, że AT2022cmc może być najdalszym rozerwaniem pływowym do tej pory odkrytym, ale to nie jedyny rekordowy aspekt tego obiektu. „Jak dotąd niewielka liczba znanych zjawisk rozerwania pływowego z dżetami została wykryta przy pomocy teleskopów wysokoenergetycznego promieniowania gamma i rentgenowskiego, ale tym razem mamy pierwszy odkrycie takiego przypadku podczas przeglądu optycznego” mówi Daniel Perley, astronom z Liverpool John Moores University w Wielkiej Brytanii, współautor badań. Pokazuje to nowy sposób wykrywania zjawisk rozerwania pływowego z dżetami, co pozwala na przyszłe badania tych rzadkich zdarzeń i próbkowanie ekstremalnych środowisk otaczających czarne dziury.
Uwagi
[1] Johnowi Archibaldowi Wheelerowi jest także często przypisywane wymyślenie terminu „czarna dziura” w przemowie do NASA w 1967 roku.
Źródło: Europejskie Obserwatorium Południowe (European Southern Observatory)
