Astronomowie odkryli prawie 100 przykładów masywnych czarnych otworów niszczących i pożerania gwiazd, prawie wszystkich, w których można się spodziewać, że można znaleźć masywne czarne dziury: w gęstej gwiazdy rdzeni masywnych galaktyk.
University of California, Berkeley, astronomowie odkryli teraz pierwszy przypadek masywnej czarnej dziury rozrywającą gwiazdę tysięcy lat świetlnych od rdzenia galaktyki, która sama zawiera masywną czarną dziurę.
Czarna dziura poza środkiem, która ma masę około 1 miliona razy w słońcu, ukrywała się w zewnętrznych regionach centralnego wybrzuszenia galaktyki, ale ujawniła się poprzez wybuchy światła generowane przez spaghettifikację gwiazdy-tak zwane zdarzenie zakłócenia pływów lub TDE. W TDE ogromna grawitacja czarnej dziury pociąga na gwiazdę – podobny do sposobu, w jaki księżyc unosi ocean na ziemi, ale o wiele bardziej gwałtownie.
„Klasyczna lokalizacja, w której spodziewasz się, że ogromne czarne dziury będą w galaktyce, znajduje się w centrum, podobnie jak nasz SAG A* w centrum Drogi Mlecznej”, powiedział Yuhan Yao, młynarz postoktorancki w UC Berkeley, który jest głównym autorem artykułu o odkryciu niedawno zaakceptowanym do publikacji w The Astrophysical Journal Letters (APJL). „Właśnie tam ludzie zwykle szukają wydarzeń związanych z zakłóceniem pływów. Ale ten nie jest w centrum. W rzeczywistości jest to około 2600 lat świetlnych. To pierwszy optycznie odkryty TDE poza nuklearnym TDE”.
Centralna masywna czarna dziura galaktyki, około 100 milionów razy większa niż masa naszego słońca, również się przelewa, ale na gazie, który zbliżał się do ucieczki.
Badania masywnych czarnych dziur w centrach galaktycznych mówią astronomom o ewolucji galaktyk takich jak nasza, która ma jedną centralną czarną dziurę – zwaną Sagą* ze względu na jej lokalizację w Strzelcach Strzelca – ważących się w uchybieniu 4 milionów mas słonecznych. Niektóre z największych galaktyk mają środkowe czarne dziury o wadze kilku 100 miliardów mas słonecznych, prawdopodobnie w wyniku połączenia wielu mniejszych czarnych dziur.
Znalezienie dwóch masywnych czarnych dziur na środku galaktyki nie jest zaskakujące. Uważa się, że większość dużych galaktyk ma masywne czarne dziury w swoich rdzeniach, a ponieważ galaktyki często zderzają się i łączą, gdy poruszają się w przestrzeni, duże galaktyki powinny czasami zawierać więcej niż jedną supermasową czarną dziurę – przynajmniej dopóki nie zderzają się i nie połączą się w jeszcze większą czarną dziurę. Zazwyczaj ukrywają się w trybie ukrycia, dopóki nie ujawniają swojej obecności, chwytając pobliskie gwiazdy lub chmury gazowe, tworząc krótkotrwały wybuch światła. Są to jednak rzadkie zdarzenia. Astronomowie obliczają, że masywna czarna dziura napotka gwiazdę średnio raz na 30 000 lat.
Nowy TDE, nazwany AT2024TVD, został wykryty przez Zwicky Transient Facility, kamerę optyczną zamontowaną na teleskopie w Palomar Observatory w pobliżu San Diego, i potwierdzony obserwacjami z radiem, rentgenowcem i innymi teleskopami optycznymi, w tym Hubble Space Telescope NASA.
„Ogromne czarne dziury są zawsze w centrach galaktyk, ale wiemy, że galaktyki się łączą-tak rosną galaktyki. A kiedy masz dwie galaktyki, które łączą się i stają się jednym, masz wiele czarnych dziur”-powiedział współautor Ryan Chornock, stowarzyszony profesor adiunktu UC Berkeley. „Teraz, co się stanie? Oczekujemy, że w końcu się spotykają, ale teoretycy przewidzieli, że powinna istnieć populacja czarnych dziur, które wędrują w galaktykach”.
Odkrycie jednej takiej wędrownej czarnej dziury pokazuje, że systematyczne wyszukiwanie podpisu TDE mogą zwiększyć bardziej nieuczciwe czarne dziury. Znalezienie potwierdza również plany misji kosmicznej o nazwie Lisa – antena kosmiczna interferometru laserowego – która będzie szukała fal grawitacyjnych z fuzji masywnych czarnych dziur takich jak te.
„Po raz pierwszy widzimy, że masywne czarne dziury są tak blisko za pomocą TDE”-powiedziała współautor Raffaella Margutti, profesor nadzwyczajny Astronomii i fizyki UC Berkeley. „Jeśli jest to kilka supermasywnych czarnych dziur, które zbliżają się do siebie – co niekoniecznie jest prawdziwe – ale jeśli tak, mogą one połączyć i emitować fale grawitacyjne, które zobaczymy w przyszłości z Lisą”.
Lisa uzupełni naziemne detektory fal grawitacyjnych, takich jak Ligo i Panna, które są wrażliwe na połączenie czarnych otworów lub gwiazd neutronowych o wadze mniej niż kilkaset razy masę naszego słońca, oraz badania teleskopowe Błysków Pulsaru, takie jak nanogravravrav Pulsar Tarray Experiment, które są wrażliwe na eksperyment grawitacyjny Solions of Solions of Solars of SOLARS. masy. Słodkim miejscem Lisy są czarne dziury kilku milionów mas słonecznych. Lisa ma zostać uruchomiona w następnej dekadzie.
Przejściowe wybuchy
Ponieważ czarne otwory są niewidoczne, naukowcy mogą je znaleźć tylko poprzez wykrywanie światła wytwarzanego, gdy strzały gwiazdy lub chmury gazowe i tworzą jasny, gorący, obracający się dysk materiału, który stopniowo spada do wewnątrz. Chornock powiedział, że TDE są potężnymi sondami fizyki akrecji czarnej dziury, ujawniając, jak bliski materiał może dostać się do czarnej dziury przed schwytaniem, oraz warunki niezbędne do uruchomienia silnych dysz i wiatrów.
Najbardziej produktywne wyszukiwanie TDES wykorzystano dane z Zwicky Transient Facility, pierwotnie zbudowane do wykrywania eksplozji supernowej, ale także wrażliwe na inne błyski na niebie.
ZTF odkrył prawie 100 TDE od 2018 roku, wszystkie w rdzeni galaktyk. Satelity rentgenowskie wykryły również kilka TDE, w tym dwa na obrzeżach galaktyki, która ma również środkową czarną dziurę. Jednak w tych galaktykach czarne dziury są zbyt daleko od siebie, aby kiedykolwiek się połączyć. Nowo odkryta czarna dziura jest wystarczająco blisko masywnej czarnej dziury rdzenia, aby potencjalnie opadać w jej stronę i połączyć się, choć nie przez miliardy lat.
Yao zauważył, że dwa alternatywne scenariusze mogą wyjaśnić obecność wędrującej czarnej dziury w AT2024TVD. Może to wynikać z rdzenia małej galaktyki, która już dawno łączyła się z większą galaktyką i albo porusza się przez większą galaktykę w drodze do wyjścia, albo związany z galaktyką na orbicie, która może ostatecznie zbliżyć ją do połączenia z czarną dziurą u podstaw.
Erica Hammerstein, kolejny badacz doktorantów UC Berkeley, analizował obrazy Hubble'a w ramach badania, ale nie był w stanie znaleźć dowodów wcześniejszego połączenia galaktyki.
AT2024TVD może być również byłym członkiem tripletu czarnych dziur, które kiedyś znajdowały się w rdzeniu galaktycznym. Ze względu na chaotyczną naturę trzech ciał orbit można było wyrzucić z rdzenia, by wędrować po galaktyce.
Wyszukiwanie galaktyk w poszukiwaniu czarnych dziur
Ponieważ ZTF wykrywa setki błysków światła wokół północnego nieba każdego roku, dotychczasowe poszukiwania TDE koncentrowały się na błyskach odkrytych w pobliżu rdzeni galaktyk, powiedział Yao. Ona i Chornock stworzyli algorytm, aby rozróżnić światło wytwarzane przez supernowe i tDE, i wykorzystali je do przeszukania około 10 000 wykryć przez ZTF, aby znaleźć wybuchy światła w centrum galaktycznym, które pasują do cech TDE.
„Supernowa ostygła po szczycie, a ich kolor staje się bardziej czerwony” – powiedział Yao. „TDE pozostają gorące przez miesiące lub lata i mają konsekwentnie niebieskie kolory podczas swojej ewolucji”.
TDE wykazują również szerokie linie emisji wodoru, helu, węgla, azotu i krzemu.
W sierpniu ubiegłego roku zespół Berkeley odkrył bekanie światła, które wyglądało jak TDE, ale jego lokalizacja wydawała się poza środkiem, choć w granicach rozdzielczości ZTF. Naukowcy podejrzewali, że czarna dziura rzeczywiście jest poza centrum i natychmiast zażądali czasu na kilka teleskopów, aby wskazać jego lokalizację. Należą do nich obserwatorium rentgenowskie NASA Chandra, bardzo duża tablica i teleskop kosmiczny Hubble'a. Wszyscy potwierdzili jego lokalizację poza Nukleusem, a HST zapewnia odległość około 2600 lat świetlnych-około jednej dziesiątej odległości między naszym słońcem a Sag a*.
Choć blisko środkowej czarnej dziury, czarna dziura nie jest do niej związana grawitacyjnie. Ponieważ czarna dziura u rdzenia wyrzuca energię, ponieważ nalicza nieograniczony gaz, jest ona klasyfikowana jako aktywne jądro galaktyczne.
Yao i jej zespół mają nadzieję znaleźć inne wędrujące TDE, które dadzą astronomom wyobrażenie o tym, jak często galaktyki i ich podstawowe czarne dziury łączą się, a tym samym czasu, aby stworzyć niektóre z ekstremalnych, supermasywnych czarnych dziur.
„AT2024TVD jest pierwszym przesunięciem TDE uchwyconym przez optyczne badania nieba i otwiera całą możliwość odkrycia tej nieuchwytnej populacji wędrujących czarnych dziur z przyszłymi badaniami nieba” – powiedział Yao. „W tej chwili teoretycy nie zwrócili uwagi na zrównanie TDE. Przedstawiają przede wszystkim wskaźniki TDE występujące w centrach galaktyk. Myślę, że to odkrycie naprawdę motywuje ich do obliczania stawek dla przesuniętych TDE”.
34 współautorzy, którzy przyczynili się do gazety, pochodzą z instytucji w Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii, Szwecji, Rosji, Niemczech, Australii i Holandii. ZTF jest partnerstwem publiczno-prywatnym, przy równym wsparciu partnerstwa ZTF i amerykańskiej National Science Foundation.