Naukowcy korzystający z obserwacji z należącego do NASA Obserwatorium Neila Gehrelsa Swifta po raz pierwszy odkryli sygnał pochodzący z pary potwornych czarnych dziur zakłócających obłok gazu w centrum galaktyki.
„To bardzo dziwne wydarzenie, zwane AT 2021hdr, które powtarza się co kilka miesięcy” – powiedziała Lorena Hernández-García, astrofizyk z Millennium Institute of Astrophysics, Millennium Nucleus on Transversal Research and Technology to Explore Supermassive Black Holes oraz Uniwersytetu Valparaiso w Chile. „Uważamy, że czarne dziury pochłonął obłok gazu. Kiedy krążą wokół siebie, czarne dziury wchodzą w interakcję z obłokiem, zakłócając i pochłaniając znajdujący się w nim gaz. To powoduje powstawanie oscylacyjnego wzoru światła pochodzącego z układu”.
Artykuł na temat AT 2021hdr, napisany pod kierunkiem Hernándeza-Garcíi, został opublikowany 13 listopada w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics.
Podwójne czarne dziury znajdują się w centrum galaktyki zwanej 2MASX J21240027+3409114, położonej 1 miliard lat świetlnych od nas, w północnym gwiazdozbiorze Łabędzia. Obie pary są oddalone od siebie o około 26 miliardów kilometrów, czyli na tyle blisko, że światło potrzebuje tylko jednego dnia na przebycie między nimi. Razem zawierają masę 40 milionów mas Słońca.
Naukowcy szacują, że czarne dziury okrążają swoje orbity co 130 dni, a następnie zderzą się i połączą za około 70 000 lat.
AT 2021hdr została po raz pierwszy dostrzeżona w marcu 2021 roku przez kierowany przez Caltech obiekt ZTF (Zwicky Transient Facility) w Obserwatorium Palomar w Kalifornii. Zostało ono oznaczone jako potencjalnie interesujące źródło przez ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events). Ten multidyscyplinarny zespół łączy narzędzia sztucznej inteligencji z ludzką wiedzą, aby raportować społeczności astronomicznej zdarzenia na nocnym niebie, korzystając z gór danych zebranych przez programy badawcze, takie jak ZTF.
„Chociaż pierwotnie uważano, że ten rozbłysk jest supernową, wybuchy w 2022 roku skłoniły nas do rozważenia innych wyjaśnień” – powiedziała współautorka Alejandra Muñoz-Arancibia, członkini zespołu ALeRCE i astrofizyk w Millennium Institute of Astrophysics i Centrum Modelowania Matematycznego na Uniwersytecie Chile. „Każde kolejne zdarzenie pomogło nam udoskonalić nasz model tego, co dzieje się w systemie”.
Od pierwszego rozbłysku ZTF wykrywa wybuchy z AT 2021hdr co 60–90 dni.
Hernández-García i jej zespół obserwują źródło za pomocą Swifta od listopada 2022 r. Swift pomogła im ustalić, że układ podwójny wytwarza oscylacje w ultrafiolecie i promieniowaniu rentgenowskim w tej samej skali czasu, w jakiej ZTF widzi je w zakresie widzialnym.
Aby wyjaśnić to, co zobaczyli w danych, badacze przeprowadzili eliminację typu Złotowłosa różnych modeli.
Początkowo myśleli, że sygnał może być produktem ubocznym normalnej aktywności w centrum galaktyki. Następnie rozważyli, czy przyczyną może być zaburzenie pływowe – zniszczenie gwiazdy, która zawędrowała zbyt blisko jednej z czarnych dziur.
W końcu zdecydowali się na inną możliwość – rozerwanie pływowe chmury gazu, większe niż sam układ podwójny. Kiedy chmura napotkała czarne dziury, grawitacja rozerwała ją na kawałki, tworząc włókna wokół pary, a tarcie zaczęło ją podgrzewać. Gaz stał się szczególnie gęsty i gorący w pobliżu czarnych dziur. Podczas orbitowania układów podwójnych złożona gra sił wyrzuca część gazu z układu przy każdym obrocie. Te interakcje wytwarzają zmienne światło, które obserwują Swift i ZTF.
Hernández-García i jej zespół planują kontynuować obserwacje AT 2021hdr, aby lepiej zrozumieć system i ulepszyć swoje modele. Są także zainteresowani badaniem swojej macierzystej galaktyki, która obecnie łączy się z inną pobliską galaktyką – wydarzenie, o którym po raz pierwszy poinformowano w ich artykule.
„Kiedy Swift zbliża się do 20. rocznicy powstania, niewiarygodne jest widzieć całą nową naukę, którą wciąż pomaga społeczności osiągnąć” – powiedział S. Bradley Cenko, główny badacz Swifta w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland. „Pozostało jeszcze wiele do nauczenia się o naszym stale zmieniającym się kosmosie”.