Na początku tego roku, astronomowie przeglądając dane z Zwicky Transient Facility, wykryli niezwykły błysk w części nieba, gdzie poprzedniej nocy nie zaobserwowano takiego światła. Według przybliżonych obliczeń, błysk wyemitował więcej promieniowania niż 1,000 bilionów Słońc.
Czarna dziura, wizja artystyczna >>
Duże w nowym oknie >>
Zespół, kierowany przez naukowców z NASA, Caltech i innych ośrodków, opublikował swoje odkrycie w biuletynie astronomicznym, gdzie sygnał przyciągnął uwagę astronomów z całego świata, w tym naukowców z MIT. W ciągu następnych kilku dni wiele teleskopów skupiło się na sygnale, aby zebrać więcej danych na wielu długościach fal w zakresie promieniowania X, ultrafioletu, optyki i radia, aby zobaczyć, co mogłoby wyprodukować tak ogromną ilość światła.
Teraz astronomowie z MIT wraz ze swoimi współpracownikami ustalili prawdopodobne źródło sygnału. W pracy opublikowanej w Nature Astronomy naukowcy donoszą, że sygnał, nazwany AT 2022cmc, pochodzi prawdopodobnie z relatywistycznego strumienia materii wydobywającego się z supermasywnej czarnej dziury z prędkością bliską prędkości światła. Uważają oni, że strumień jest produktem czarnej dziury, która nagle zaczęła pożerać pobliską gwiazdę, uwalniając w tym procesie ogromną ilość energii.
Astronomowie zaobserwowali inne tego typu "zaburzenia pływowe" (TDE), w których przechodząca gwiazda jest rozrywana przez siły pływowe czarnej dziury. AT 2022cmc jest jaśniejsza niż jakakolwiek odkryta do tej pory TDE. Źródło jest również najdalszym wykrytym kiedykolwiek TDE, oddalonym o około 8,5 miliarda lat świetlnych - ponad połowę wszechświata.
Jak tak odległe wydarzenie mogło pojawić się tak jasno na naszym niebie? Zespół twierdzi, że dżet czarnej dziury może być skierowany bezpośrednio w stronę Ziemi, przez co sygnał wydaje się jaśniejszy niż gdyby dżet był skierowany w innym kierunku. Efekt ten to "Doppler boosting" i jest podobny do wzmocnionego dźwięku przejeżdżającej syreny.
AT 2022cmc jest czwartą kiedykolwiek wykrytą TDE z dopplerowskim wzmocnieniem i pierwszym takim zdarzeniem obserwowanym od 2011 roku. Jest to również pierwsza TDE odkryta przy użyciu optycznego przeglądu nieba.
Gdy w najbliższych latach uruchomione zostaną potężniejsze teleskopy, ujawnią one więcej TDE, które mogą rzucić światło na to, jak supermasywne czarne dziury rosną i kształtują otaczające je galaktyki.
"Wiemy, że na każdą galaktykę przypada jedna supermasywna czarna dziura i że uformowały się one bardzo szybko w ciągu pierwszych milionów lat istnienia Wszechświata" - mówi współautor Matteo Lucchini, postdoc w MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "To mówi nam, że żywią się bardzo szybko, choć nie wiemy jak działa ten proces karmienia. Tak więc, źródła takie jak TDE mogą być w rzeczywistości naprawdę dobrą sondą dla tego, jak ten proces zachodzi."
Współautorzy Lucchiniego z MIT to pierwszy autor Dheeraj "DJ" Pasham, Peter Kosec, Erin Kara i Ronald Remillard, a także współpracownicy z uniwersytetów i instytucji na całym świecie.
Szał karmienia
Po wstępnym odkryciu AT 2022cmc, Pasham i Lucchini skupili się na sygnale za pomocą Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER), teleskopu rentgenowskiego działającego na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
"Sprawy wyglądały całkiem normalnie przez pierwsze trzy dni" - wspomina Pasham. "Potem spojrzeliśmy na to za pomocą teleskopu rentgenowskiego i to co znaleźliśmy to, źródło było zbyt jasne".
Zazwyczaj takie jasne błyski na niebie to wybuchy promieniowania gamma - ekstremalne strumienie emisji promieniowania X, które powstają w wyniku zapadania się masywnych gwiazd.
"To konkretne zdarzenie było 100 razy silniejsze niż najpotężniejszy afterglow wybuchu gamma" - mówi Pasham. "To było coś niezwykłego".
Następnie zespół zebrał obserwacje z innych teleskopów rentgenowskich, radiowych, optycznych i UV i śledził aktywność sygnału przez kilka następnych tygodni. Najbardziej niezwykłą właściwością, jaką zaobserwowali, była ekstremalna jasność sygnału w paśmie rentgenowskim. Odkryli, że emisja promieniowania rentgenowskiego z AT 2022cmc zmieniała się szeroko o czynnik 500 w ciągu kilku tygodni,
Podejrzewali oni, że tak ekstremalna aktywność rentgenowska musi być zasilana przez "ekstremalny epizod akrecyjny" - zdarzenie, które generuje ogromny wirujący dysk, taki jak w przypadku zaburzenia pływowego, w którym rozdrobniona gwiazda tworzy wir szczątków, gdy wpada do czarnej dziury.
Zespół stwierdził, że jasność rentgenowska AT 2022cmc jest porównywalna, choć jaśniejsza niż trzech wcześniej wykrytych TDE. Te jasne zdarzenia zdarzały się generować dżety materii skierowane prosto w stronę Ziemi. Naukowcy zastanawiali się: Jeśli jasność AT 2022cmc jest wynikiem podobnego, skierowanego na Ziemię dżetu, jak szybko musi się on poruszać, aby wygenerować tak jasny sygnał? Aby odpowiedzieć na to pytanie, Lucchini wymodelował dane dotyczące sygnału, zakładając, że zdarzenie dotyczyło dżetu zmierzającego prosto w kierunku Ziemi.
"Stwierdziliśmy, że prędkość strumienia wynosi 99,99 procent prędkości światła - mówi Lucchini".
Aby wytworzyć tak intensywny strumień, czarna dziura musi być w niezwykle aktywnej fazie - co Pasham opisuje jako "hiper-feeding frenzy".
"Prawdopodobnie połyka ona gwiazdę w tempie połowy masy Słońca na rok" - szacuje Pasham. "Wiele z tych zaburzeń pływowych zachodzi wcześnie, a my byliśmy w stanie uchwycić to wydarzenie na samym początku, w ciągu tygodnia od momentu, gdy czarna dziura zaczęła żywić się gwiazdą".
"Spodziewamy się wielu więcej takich TDE w przyszłości" - dodaje Lucchini. "Wtedy być może będziemy mogli powiedzieć w końcu, jak dokładnie czarne dziury uruchamiają te niezwykle potężne dżety".
Źródło: Phys.org: Mysteriously bright flash is a black hole jet pointing straight toward Earth, astronomers say
The Birth of a Relativistic Jet Following the Disruption of a Star by a Cosmological Black Hole --> Nature Astronomy --> Nature Astronomy (2022). DOI --> DOI: 10.1038/s41550-022-01820-x
Teraz astronomowie z MIT wraz ze swoimi współpracownikami ustalili prawdopodobne źródło sygnału. W pracy opublikowanej w Nature Astronomy naukowcy donoszą, że sygnał, nazwany AT 2022cmc, pochodzi prawdopodobnie z relatywistycznego strumienia materii wydobywającego się z supermasywnej czarnej dziury z prędkością bliską prędkości światła. Uważają oni, że strumień jest produktem czarnej dziury, która nagle zaczęła pożerać pobliską gwiazdę, uwalniając w tym procesie ogromną ilość energii.
Astronomowie zaobserwowali inne tego typu "zaburzenia pływowe" (TDE), w których przechodząca gwiazda jest rozrywana przez siły pływowe czarnej dziury. AT 2022cmc jest jaśniejsza niż jakakolwiek odkryta do tej pory TDE. Źródło jest również najdalszym wykrytym kiedykolwiek TDE, oddalonym o około 8,5 miliarda lat świetlnych - ponad połowę wszechświata.
Jak tak odległe wydarzenie mogło pojawić się tak jasno na naszym niebie? Zespół twierdzi, że dżet czarnej dziury może być skierowany bezpośrednio w stronę Ziemi, przez co sygnał wydaje się jaśniejszy niż gdyby dżet był skierowany w innym kierunku. Efekt ten to "Doppler boosting" i jest podobny do wzmocnionego dźwięku przejeżdżającej syreny.
AT 2022cmc jest czwartą kiedykolwiek wykrytą TDE z dopplerowskim wzmocnieniem i pierwszym takim zdarzeniem obserwowanym od 2011 roku. Jest to również pierwsza TDE odkryta przy użyciu optycznego przeglądu nieba.
Gdy w najbliższych latach uruchomione zostaną potężniejsze teleskopy, ujawnią one więcej TDE, które mogą rzucić światło na to, jak supermasywne czarne dziury rosną i kształtują otaczające je galaktyki.
"Wiemy, że na każdą galaktykę przypada jedna supermasywna czarna dziura i że uformowały się one bardzo szybko w ciągu pierwszych milionów lat istnienia Wszechświata" - mówi współautor Matteo Lucchini, postdoc w MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "To mówi nam, że żywią się bardzo szybko, choć nie wiemy jak działa ten proces karmienia. Tak więc, źródła takie jak TDE mogą być w rzeczywistości naprawdę dobrą sondą dla tego, jak ten proces zachodzi."
Współautorzy Lucchiniego z MIT to pierwszy autor Dheeraj "DJ" Pasham, Peter Kosec, Erin Kara i Ronald Remillard, a także współpracownicy z uniwersytetów i instytucji na całym świecie.
Szał karmienia
Po wstępnym odkryciu AT 2022cmc, Pasham i Lucchini skupili się na sygnale za pomocą Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER), teleskopu rentgenowskiego działającego na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
"Sprawy wyglądały całkiem normalnie przez pierwsze trzy dni" - wspomina Pasham. "Potem spojrzeliśmy na to za pomocą teleskopu rentgenowskiego i to co znaleźliśmy to, źródło było zbyt jasne".
Zazwyczaj takie jasne błyski na niebie to wybuchy promieniowania gamma - ekstremalne strumienie emisji promieniowania X, które powstają w wyniku zapadania się masywnych gwiazd.
"To konkretne zdarzenie było 100 razy silniejsze niż najpotężniejszy afterglow wybuchu gamma" - mówi Pasham. "To było coś niezwykłego".
Następnie zespół zebrał obserwacje z innych teleskopów rentgenowskich, radiowych, optycznych i UV i śledził aktywność sygnału przez kilka następnych tygodni. Najbardziej niezwykłą właściwością, jaką zaobserwowali, była ekstremalna jasność sygnału w paśmie rentgenowskim. Odkryli, że emisja promieniowania rentgenowskiego z AT 2022cmc zmieniała się szeroko o czynnik 500 w ciągu kilku tygodni,
Podejrzewali oni, że tak ekstremalna aktywność rentgenowska musi być zasilana przez "ekstremalny epizod akrecyjny" - zdarzenie, które generuje ogromny wirujący dysk, taki jak w przypadku zaburzenia pływowego, w którym rozdrobniona gwiazda tworzy wir szczątków, gdy wpada do czarnej dziury.
Zespół stwierdził, że jasność rentgenowska AT 2022cmc jest porównywalna, choć jaśniejsza niż trzech wcześniej wykrytych TDE. Te jasne zdarzenia zdarzały się generować dżety materii skierowane prosto w stronę Ziemi. Naukowcy zastanawiali się: Jeśli jasność AT 2022cmc jest wynikiem podobnego, skierowanego na Ziemię dżetu, jak szybko musi się on poruszać, aby wygenerować tak jasny sygnał? Aby odpowiedzieć na to pytanie, Lucchini wymodelował dane dotyczące sygnału, zakładając, że zdarzenie dotyczyło dżetu zmierzającego prosto w kierunku Ziemi.
"Stwierdziliśmy, że prędkość strumienia wynosi 99,99 procent prędkości światła - mówi Lucchini".
Aby wytworzyć tak intensywny strumień, czarna dziura musi być w niezwykle aktywnej fazie - co Pasham opisuje jako "hiper-feeding frenzy".
"Prawdopodobnie połyka ona gwiazdę w tempie połowy masy Słońca na rok" - szacuje Pasham. "Wiele z tych zaburzeń pływowych zachodzi wcześnie, a my byliśmy w stanie uchwycić to wydarzenie na samym początku, w ciągu tygodnia od momentu, gdy czarna dziura zaczęła żywić się gwiazdą".
"Spodziewamy się wielu więcej takich TDE w przyszłości" - dodaje Lucchini. "Wtedy być może będziemy mogli powiedzieć w końcu, jak dokładnie czarne dziury uruchamiają te niezwykle potężne dżety".
Źródło: Phys.org: Mysteriously bright flash is a black hole jet pointing straight toward Earth, astronomers say
The Birth of a Relativistic Jet Following the Disruption of a Star by a Cosmological Black Hole --> Nature Astronomy --> Nature Astronomy (2022). DOI --> DOI: 10.1038/s41550-022-01820-x
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz