Komunikat prasowy

Rozerwanie gwiazdy przez obracającą się czarną dziurę wyjaśnieniem niezwykle jasnego zjawiska

Teleskopy ESO pomogły w reinterpretacji jasnego wybuchu

12 grudnia 2016

Nadzwyczajnie jasny punkt światła widziany w odległej galaktyce, nazwany ASASSN-15lh, był uważany za najjaśniejszą w historii supernową. Ale nowe obserwacje z kilku obserwatoriów, w tym z ESO, poddały w wątpliwość tę klasyfikację. Zamiast tego, grupa astronomów proponuje, że źródło było jeszcze bardziej ekstremalnym i rzadszym zdarzeniem – gwałtownie rotująca czarna dziura rozerwała przechodzącą zbyt blisko gwiazdę.

W roku 2015, All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN) wykrył zjawisko nazwane ASASSN-15lh, które uznano za najjaśniejszą w historii supernową — i sklasyfikowano jako superjasną supernową, wybuch ekstremalnie masywnej gwiazd pod koniec jej życia. Była dwa razy jaśniejsza niż poprzednia rekordzistka, w maksimum 20 razy jaśniejsza niż całkowite światło emitowane przez całą Drogę Mleczną.

Międzynarodowy zespół, którym kierował Giorgos Leloudas z Weizmann Institute of Science w Izraelu i Dark Cosmology Centre w Danii, dokonał nowych obserwacji galaktyki odległej o około 4 miliardy lat świetlnych od Ziemi - tej, w której miała miejsca eksplozja. Naukowcy zaproponowali inne wytłumaczenie nietypowego zjawiska.

„Obserwowaliśmy źródło przez 10 miesięcy po wydarzeniu i wyciągnęliśmy wnioski, że mało prawdopodobne jest wyjaśnienie jako nadzwyczajnie jasna supernowa. Nasze wyniki wskazują, że zdarzenie było przypuszczalnie spowodowane przez szybko rotującą supermasywną czarną dziurę, która zniszczyła małomasywną gwiazdę” wyjaśnia Leloudas.

W tym scenariuszu, ekstremalne siły grawitacyjne supermasywnej czarnej dziury, znajdującej się w centrum swojej galaktyki, rozerwały podobną do Słońca gwiazdę, która przywędrowała zbyt blisko. Było to tzw. rozerwanie pływowe, coś obserwowanego do tej pory zaledwie około 10 razy. W tym procesie gwiazda została „zmakaronizowana” i fale uderzeniowe w zderzających się pozostałościach, a także ciepło wygenerowane podczas akrecji, spowodowały rozbłysk światła. Dało to zdarzeniu wygląd bardzo jasnego wybuchu supernowej, pomimo iż gwiazda sama nie stała się supernową, ponieważ nie miała odpowiedniej masy.

Naukowcy oparli swoje konkluzje na obserwacjach z wielu teleskopów, zarówno naziemnych, jak i kosmicznych. Wśród nich były Very Large Telescope w Paranal (należący do ESO) New Technology Telescope w La Silla (także należący do ESO) i Hubble Kosmiczny Teleskop Hubble’a (należący do NASA/ESA) [1]. Obserwacje przy pomocy NTT zostały wykonane w ramach Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects (PESSTO).

„Jest kilka niezależnych aspektów obserwacji, które sugerują, że zdarzenie było rozerwaniem pływowym, a nie superjasną supernową” wyjaśnia współautor Morgan Fraser z University of Cambridge w Wielkiej Brytanii (obecnie z University College Dublin w Irlandii).

W szczególności, dane ujawniły, że zdarzenie zaszło w trzech osobnych fazach w ciągu 10 miesięcy obserwacji. Dane te w całości bardziej lepiej oddają to, co jest oczekiwane w przypadku rozerwania pływowego, a nie superjasnej supernowej. Obserwowane pojaśnienie w świetle ultrafioletowym, a także dalszy wzrost temperatury, zmniejszyły prawdopodobieństwo, że była to supernowa. Co więcej, położenie zdarzenia – czerwona, masywna i pasywna galaktyka – nie jest typowe dla superjasnych wybuchów supernowych, które zwykle zdarzają się w jasnych, gwiazdotwórczych galaktykach karłowatych.

Mimo iż zespół uważa, że supernowa jest w związku z tym bardzo nieprawdopodobna, badacze akceptują, że klasyczne zdarzenie rozerwania pływowego może również nie być właściwym wyjaśnienie dla zaobserwowanego zjawiska. Członek zespołu, Nicholas Stone z Columbia University wUSA, wyjaśnia: „Rozerwania pływowego, które proponujemy, nie można wyjaśnić gdy supermasywna czarna dziura nie rotuje. W związku z tym zjawisko ASASSN-15lh mogło być rozerwanie pływowym spowodowanym przez bardzo specjalny rodzaj czarnej dziury.”

Masa galaktyki macierzystej sugeruje, że supermasywna czarna dziura w jej centrum ma masę co najmniej 100 milionów mas Słońca. Czarna dziura o takiej masie zwykle nie powinna być w stanie rozerwać gwiazdy poza swoim horyzontem zdarzeń — granicą wewnątrz której nic nie jest w stanie uciec przez przyciąganiem grawitacyjnym. Jednak jeśli czarna dziura należy do szczególnego typu, który gwałtownie rotuje – tzw. czarne dziury Kerra — sytuacja się zmienia i to ograniczenie znika.

„Nawet ze wszystkimi zebranymi danymi nie jesteśmy w stanie w 100% powiedzieć, że zdarzenie ASASSN-15lh było rozerwaniem pływowym” podsumowuje Leloudas. „Ale jest to dużo bardziej prawdopodobne wyjaśnienie.”

Uwagi

[1] Oprócz danych z należącego do ESO teleskopu VLT, teleskopu NTT oraz z należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, zespół użył obserwacji z teleskopu Swift, Las Cumbres Observatory Global Telescope (LCOGT), Australia Telescope Compact Array, XMM-Newton, Wide-Field Spectrograph (WiFeS) oraz Teleskopu Magellana.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „The Superluminous Transient ASASSN-15lh as a Tidal Disruption Event from a Kerr Black Hole”, G. Leloudas et al., który ukaże się w nowym czasopiśmie Nature Astronomy.

Skład zespołu badawczego: G. Leloudas (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael; Niels Bohr Institute, Kopenhaga, Dania), M. Fraser (University of Cambridge, Cambridge, Wielka Brytania), N. C. Stone (Columbia University, New York, USA), S. van Velzen (The Johns Hopkins University, Baltimore, USA), P. G. Jonker (Netherlands Institute for Space Research, Utrecht, the Netherlands; Radboud University Nijmegen, Nijmegen, the Netherlands), I. Arcavi (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California, Santa Barbara, USA), C. Fremling (Stockholm University, Stockholm, Szwecja), J. R. Maund (University of Sheffield, Sheffield, UK), S. J. Smartt (Queen’s University Belfast, Belfast, Wielka Brytania), T. Krühler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Niemcy), J. C. A. Miller-Jones (ICRAR - Curtin University, Perth, Australia), P. M. Vreeswijk (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), A. Gal-Yam (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), P. A. Mazzali (Liverpool John Moores University, Liverpool, Wielka Brytania; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching b. München, Niemcy), A. De Cia (European Southern Observatory, Garching b. München, Germany), D. A. Howell (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), C. Inserra (Queen’s University Belfast, Belfast, Wielka Brytania), F. Patat (European Southern Observatory, Garching b. München, Germany), A. de Ugarte Postigo (Instituto de Astrofisica de Andalucia, Granada, Spain; Niels Bohr Institute, Copenhagen, Denmark), O. Yaron (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael), C. Ashall (Liverpool John Moores University, Liverpool, Wielka Brytania), I. Bar (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), H. Campbell (University of Cambridge, Cambridge, Wielka Brytania; University of Surrey, Guildford, UK), T.-W. Chen (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Germany), M. Childress (University of Southampton, Southampton, Wielka Brytania), N. Elias-Rosa (Osservatoria Astronomico di Padova, Padwa, Włochy), J. Harmanen (University of Turku, Piikkiö, Finlandia), G. Hosseinzadeh (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), J. Johansson (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), T. Kangas (University of Turku, Piikkiö, Finlandia), E. Kankare (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), S. Kim (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), H. Kuncarayakti (Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile; Universidad de Chile, Santiago, Chile), J. Lyman (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania), M. R. Magee (Queen’s University Belfast, Belfast, Wielka Brytania), K. Maguire (Queen’s University Belfast, Belfast, Wielka Brytania), D. Malesani (University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark; DTU Space, Denmark), S. Mattila (University of Turku, Piikkiö, Finland; Finnish Centre for Astronomy with ESO (FINCA), University of Turku, Piikkiö, Finland; University of Cambridge, Cambridge, Wielka Brytania), C. V. McCully (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), M. Nicholl (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), S. Prentice (Liverpool John Moores University, Liverpool, Wielka Brytania), C. Romero-Cañizales (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile), S. Schulze (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile), K. W. Smith (Queen’s University Belfast, Belfast, Wielka Brytania), J. Sollerman (Stockholm University, Sztokholm, Szwecja), M. Sullivan (University of Southampton, Southampton, Wielka Brytania), B. E. Tucker (Australian National University, Canberra, Australia; ARC Centre of Excellence for All-sky Astrophysics (CAASTRO), Australia), S. Valenti (University of California, Davis, USA), J. C. Wheeler (University of Texas at Austin, Austin, USA) oraz D. R. Young (Queen’s University Belfast, Belfast, Wielka Brytania).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VLT
• Zdjęcia NTT
• Komunikat prasowy ESA/Hubble

Kontakt

Giorgos Leloudas
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
Copenhagen, Denmark
Tel.: +972 89346511
E-mail: giorgos@dark-cosmology.dk

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych