Persbericht

Dood door ‘spaghettificatie’: ESO-telescopen leggen laatste ogenblikken vast van ster die door een zwart gat wordt verzwolgen

12 oktober 2020

Met behulp van telescopen van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) en andere organisaties hebben astronomen de zeldzame uitbarsting van licht waargenomen van een ster die door een superzwaar zwart gat aan flarden wordt getrokken. Het verschijnsel, dat een tidal disruption event wordt genoemd, was met een afstand van iets meer dan 215 miljoen lichtjaar het meest nabije in zijn soort en werd ongekend gedetailleerd waargenomen. De onderzoeksresultaten zijn vandaag in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society gepubliceerd.

‘Het idee van een zwart gat dat een nabije ster ‘opzuigt’ klinkt als sciencefiction. Maar dat is precies wat er bij een tidal disruption event gebeurt’, zegt Matt Nicholl, docent en wetenschappelijk medewerker aan de Universiteit van Birmingham, VK, en hoofdauteur van het onderzoeksverslag. Deze tidal disruption events, waarbij een ster wordt gespaghettificeerd terwijl hij door een zwart gat wordt opgeslokt, zijn zeldzaam en laten zich niet altijd gemakkelijk bestuderen. Het onderzoeksteam heeft de Very Large Telescope (VLT) en de New Technology Telescope (NTT) van ESO op een uitbarsting van licht gericht die vorig jaar in de buurt van een superzwaar zwart gat optrad, om nauwkeurig te onderzoeken wat er gebeurt wanneer een ster door zo’n ‘monsterobject’ wordt verzwolgen.

Astronomen weten wat er in theorie zou moeten gebeuren. ‘Wanneer een onfortuinlijke ster zich te dicht in de buurt van een superzwaar zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel waagt, wordt deze door de extreme zwaartekrachtsaantrekking van het zwarte gat tot dunne slierten materie uiteengetrokken’, aldus mede-auteur Thomas Wevers, ESO Fellow in Santiago, Chili, die ten tijde van het onderzoek verbonden was aan het Astronomisch Instituut van de Universiteit van Cambridge, VK. Wanneer zulke slierten van stellaire materie tijdens dit spaghettificatieproces in het zwarte gat vallen, komt een heldere uitbarsting van energie vrij, die astronomen kunnen detecteren.

Hoewel zo’n uitbarsting van licht krachtig en helder is, kostte het astronomen tot nu toe moeite om deze waar te nemen, omdat het verschijnsel vaak door een gordijn van stof en puin aan het zicht onttrokken wordt. Pas nu is het astronomen gelukt om meer over dit ‘gordijn’ te weten te komen.

‘We hebben ontdekt dat wanneer een zwart gat een ster verzwelgt, deze met een krachtige stoot materiaal kan wegblazen dat ons zicht belemmert’, legt Samantha Oates, eveneens van de Universiteit van Birmingham, uit. Dit gebeurt omdat de energie die vrijkomt wanneer het zwarte gat stellair materiaal verorbert ervoor zorgt dat een deel van het ‘puin’ van de ster naar buiten wordt geblazen.

De ontdekking was mogelijk omdat het nu onderzochte tidal disruption event, AT2019qiz, kort nadat de ster aan flarden werd getrokken werd opgemerkt. ‘Omdat we er vroeg bij waren, konden we daadwerkelijk zien hoe het gordijn van stof en puin werd opgetrokken toen het zwarte gat materiaal met snelheden tot 10.000 kilometer per seconde uitstootte’, zegt Kate Alexander, NASA Einstein Fellow aan Northwestern University in de VS. ‘Dit unieke kijkje achter het gordijn stelde ons voor het eerst in staat om de oorsprong van het verduisterende materiaal aan te kunnen wijzen en rechtstreeks te kunnen volgen hoe dit het zwarte gat overspoelde.’

AT2019qiz speelde zich af in een spiraalstelsel in het sterrenbeeld Eridanus, en werd gedurende zes maanden door het team gevolgd. Daarbij zagen de astronomen de uitbarsting in helderheid toenemen en vervolgens weer uitdoven. ‘Diverse hemelsurveys registreerden straling van het tidal disruption event kort nadat de ster aan flarden was getrokken’, zegt Wevers. ‘Wij hebben toen direct een scala aan telescopen op aarde en in de ruimte op het verschijnsel gericht, om vast te kunnen stellen hoe dit licht werd geproduceerd.’

In de daaropvolgende maanden werden diverse waarnemingen van de gebeurtenis gedaan, onder meer met X-shooter en EFOSC2, twee krachtige instrumenten van de ESO-telescopen VLT en NTT, die in het noorden van Chili staan opgesteld. De snelle en uitgebreide waarnemingen op ultraviolette, optische, röntgen- en radio-golflengten lieten voor het eerst zien dat er een direct verband bestaat tussen het materiaal dat van de ster wegstroomt en de heldere flits die optreedt wanneer deze door het zwarte gat wordt verzwolgen. ‘De waarnemingen lieten zien dat de ster ongeveer net zoveel massa had als onze eigen zon, en dat ongeveer de helft daarvan door het monsterachtige zwarte gat, dat meer dan een miljoen keer massarijker is, werd opgeslokt’, zegt Nicholl, die tevens gastonderzoeker is aan de Universiteit van Edinburgh.

Dit onderzoek vergroot ons begrip van superzware zwarte gaten en van de wijze waarop materie zich in het hen omringende extreme zwaartekrachtsveld gedraagt. Het team denkt dat AT2019qiz zelfs als ‘Steen van Rosetta’ kan fungeren voor de interpretatie van toekomstige waarnemingen van tidal disruption events. ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die volgens plan later dit decennium in bedrijf moet komen, zal onderzoekers in staat stellen om nog zwakkere en zich sneller voltrekkende tidal disruption events te detecteren, en nog meer raadsels omtrent de fysica van zwarte gaten helpen oplossen.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in he artikel ‘An outflow powers the optical rise of the nearby, fast-evolving tidal disruption event AT2019qiz’, dat in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit M. Nicholl (Birmingham Institute for Gravitational Wave Astronomy and School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, VK [Birmingham] en het Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, VK [IfA]), T. Wevers (Institute of Astronomy, University of Cambridge, VK), S.R. Oates (Birmingham), K.D. Alexander (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics and Department of Physics and Astronomy, Northwestern University, VS [Northwestern]), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Denmark [DTU]), F. Onori (Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali (INAF), Romae, Italië), A. Jerkstrand (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Duitsland en het Department of Astronomy, Stockholm University, Zweden [Stockholm]), S. Gomez (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, VS [CfA]), S. Campana (INAF–Osservatorio Astronomico di Brera, Italië), I. Arcavi (The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, Israël en CIFAR Azrieli Global Scholars program, CIFAR, Toronto, Canada), P. Charalampopoulos (DTU), M. Gromadzki (Astronomical Observatory, Universiteit van Warschau, Poland [Warsaw]), N. Ihanec (Warsaw), P.G. Jonker (Vakgroep Astrofysica/IMAPP, Radboud Universiteit en SRON, het Nederlands instituut voor ruimteonderzoek), A. Lawrence (IfA), I. Mandel (Monash Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, Monash University, Australia en het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery – OzGrav, Australia en Birmingham), S. Schulze (Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israël [Weizmann]), P. Short (IfA), J. Burke (Las Cumbres Observatory, Goleta, VS [LCO] en het Department of Physics, University of California, Santa Barbara, VS [UCSB]), C. McCully (LCO en UCSB) D. Hiramatsu (LCO en UCSB), D.A. Howell (LCO en UCSB), C. Pellegrino (LCO en UCSB), H. Abbot (The Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Australia [ANU]), J.P. Anderson (European Southern Observatory, Santiago, Chili), E. Berger (CfA), P.K. Blanchard (Northwestern), G. Cannizzaro (Radboud en SRON), T.-W. Chen (Stockholm), M. Dennefeld (Institute of Astrophysics Paris (IAP) en Sorbonne University, Parijs), L. Galbany (Departamento de Física Teórica y del Cosmos, Universidad de Granada, Spanje), S. González-Gaitán (CENTRA-Centro de Astrofísica e Gravitação en Departamento de Física, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal), G. Hosseinzadeh (CfA), C. Inserra (School of Physics & Astronomy, Cardiff University, VK), I. Irani (Weizmann), P. Kuin (Mullard Space Science Laboratory, University College London, VK), T. Muller-Bravo (School of Physics and Astronomy, University of Southampton, VK), J. Pineda (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chili), N. P. Ross (IfA), R. Roy (The Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics, Ganeshkhind, India), S.J. Smartt (Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, VK [QUB]), K.W. Smith (QUB), B. Tucker (ANU), Ł. Wyrzykowski (Warsaw) en D.R. Young (QUB).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili, met Australië als strategische partner. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT) en haar toonaangevende Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen – VISTA, die in het infrarood werkt, en de op zichtbare golflengten opererende VLT Survey Telescope. Ook op Paranal zal ESO onderkomen bieden aan en het beheer voeren over de Cherenkov Telescope Array South, ’s werelds grootste en meest gevoelige observatorium van gammastraling. ESO speelt tevens een belangrijke partnerrol bij twee faciliteiten op Chajnantor, APEX en ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel
• Foto’s van de VLT
• Foto’s van de NTT
• Voor wetenschappers: heb je een verhaal? Promoot je onderzoek

Contact

Matt Nicholl
School of Physics and Astronomy and Institute of Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham
Birmingham, UK
E-mail: m.nicholl.1@bham.ac.uk

Thomas Wevers
European Southern Observatory
Santiago, Chile
E-mail: Thomas.Wevers@eso.org

Samantha Oates
Institute of Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham
Birmingham, UK
E-mail: sroates@star.sr.bham.ac.uk

Kate Alexander
Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics and Department of Physics and Astronomy, Northwestern University
Evanston, USA
E-mail: kate.alexander@northwestern.edu

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mobiel: +49 151 241 664 00
E-mail: pio@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media

Dit is een vertaling van ESO-persbericht eso2018.