W październiku 2018 roku mała gwiazda została rozerwana na strzępy, gdy zbliżyła się zbyt blisko czarnej dziury w galaktyce oddalonej o 665 milionów lat świetlnych od Ziemi. Choć może to zabrzmieć ekscytująco, wydarzenie to nie było zaskoczeniem dla astronomów, którzy od czasu do czasu byli świadkami tych gwałtownych incydentów podczas skanowania nocnego nieba.
Ale prawie trzy lata po masakrze ta sama czarna dziura ponownie rozświetla niebo i nie połknęła niczego nowego, twierdzą naukowcy.
„To nas całkowicie zaskoczyło – nikt nigdy wcześniej nie widział czegoś takiego” – mówi Yvette Cendes, pracownik naukowy Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian (CfA) i główny autor nowego badania analizującego to zjawisko.
Zespół doszedł do wniosku, że czarna dziura wyrzuca teraz materię poruszającą się z połową prędkości światła, ale nie ma pewności, dlaczego odpływ został opóźniony o kilka lat. Wyniki, opisane w tym tygodniu w Astrophysical Journal, mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć zachowanie żywieniowe czarnych dziur, które Cendes porównuje do „bekania” po posiłku.
Zespół zauważył niezwykły wybuch podczas ponownego przyglądania się przypadkom rozerwania pływów (TDE) – kiedy wdzierające się gwiazdy są spaghettyzowane przez czarne dziury – które miały miejsce w ciągu ostatnich kilku lat.
Dane radiowe z Very Large Array (VLA) w Nowym Meksyku wykazały, że czarna dziura w tajemniczy sposób ożywiła się w czerwcu 2021 roku. Cendes i zespół pospieszyli, aby dokładniej zbadać to zdarzenie.
„Złożyliśmy wniosek o przyznanie Reżyserskiego Czasu Dyskrecjonalnego na wielu teleskopach, co oznacza, że gdy znajdziesz coś tak nieoczekiwanego, że nie możesz czekać na normalny cykl propozycji teleskopów, aby to zaobserwować” – wyjaśnia Cendes. „Wszystkie wnioski zostały natychmiast przyjęte”.
Zespół zebrał obserwacje TDE, nazwanego AT2018hyz, w wielu długościach fal światła za pomocą VLA, Obserwatorium ALMA w Chile, MeerKAT w Afryce Południowej, Australian Telescope Compact Array w Australii oraz Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i Neila Gehrelsa Swift Obserwatorium w kosmosie.
Najbardziej uderzające okazały się obserwacje radiowe TDE.
„Badaliśmy TDE za pomocą radioteleskopów od ponad dekady i czasami odkrywamy, że świecą one w falach radiowych, gdy wyrzucają materię, podczas gdy gwiazda jest po raz pierwszy pochłaniana przez czarną dziurę” – mówi Edo Berger, profesor astronomii w Harvard University i CfA oraz współautor nowego badania. „Ale w AT2018hyz przez pierwsze trzy lata panowała cisza radiowa, a teraz jest dramatycznie podświetlona, aby stać się jednym z najjaśniejszych radiowo TDE, jakie kiedykolwiek zaobserwowano”.
Sebastian Gomez, staż podoktorski w Space Telescope Science Institute i współautor nowego artykułu, mówi, że AT2018hyz był „niezwykły” w 2018 roku, kiedy po raz pierwszy badał go za pomocą teleskopów światła widzialnego, w tym 1,2-metrowego teleskopu w Fred Lawrence Obserwatorium Whipple’a w Arizonie.
Gomez, który w tym czasie pracował nad swoją rozprawą doktorską z Bergerem, wykorzystał modele teoretyczne do obliczenia, że gwiazda rozdarta przez czarną dziurę ma tylko jedną dziesiątą masy naszego Słońca.
„Monitorowaliśmy AT2018hyz w świetle widzialnym przez kilka miesięcy, aż zniknęło, a następnie wyrzuciliśmy je z naszych umysłów” – mówi Gomez.
TDE są dobrze znane z tego, że emitują światło, gdy się pojawią. Gdy gwiazda zbliża się do czarnej dziury, siły grawitacyjne zaczynają rozciągać lub spaghetizować gwiazdę. W końcu wydłużona materia wiruje wokół czarnej dziury i nagrzewa się, tworząc błysk, który astronomowie mogą dostrzec z odległości milionów lat świetlnych.
Część spaghettyzowanego materiału czasami zostaje wyrzucona z powrotem w kosmos. Astronomowie porównują to do czarnych dziur, które są bałaganiarskimi zjadaczami – nie wszystko, co próbują skonsumować, trafia do ich ust.
Jednak emisja, znana jako odpływ, zwykle rozwija się szybko po wystąpieniu TDE – nie lata później. „To tak, jakby ta czarna dziura zaczęła nagle wyrzucać masę materii z gwiazdy, którą zjadła lata temu”, wyjaśnia Cendes.
W tym przypadku rozbrzmiewają bekanie.
Wypływ materiału porusza się z prędkością 50 procent prędkości światła. Dla porównania, większość TDE ma wypływ, który przemieszcza się z prędkością 10 procent prędkości światła, mówi Cendes.
„Po raz pierwszy byliśmy świadkami tak długiego opóźnienia między karmieniem a odpływem” – mówi Berger. „Następnym krokiem jest zbadanie, czy faktycznie dzieje się to bardziej regularnie i po prostu nie przyglądaliśmy się TDE wystarczająco późno w ich ewolucji”.
Dodatkowymi współautorami badania są Kate Alexander i Aprajita Hajela z Northwestern University; Ryan Chornock, Raffaella Margutti i Daniel Brethauer z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkley; Tanmoy Laskar z Uniwersytetu Radboud; Brian Metzger z Uniwersytetu Columbia; Michael Bietenholz z York University i Mark Wieringa z Australia Telescope National Facility.