Komunikat prasowy

Śmierć przez spaghettizację: teleskopy ESO zarejestrowały ostatnie chwile gwiazdy pożartej przez czarną dziurę

12 października 2020

Przy pomocy teleskopów z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) i innych organizacji na całym świecie astronomowie zaobserwowali rzadki błysk światła od gwiazdy będącej rozrywanej przez supermasywną czarną dziurę. Zjawisko znane jako rozerwanie pływowe, jest najbliższym tego typu wydarzeniem zarejestrowanym do tej pory. Wydarzyło się 215 milionów lat świetlnych od Ziemi i zostało szczegółowo zbadane. Wyniki badań opublikowano w “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

„Pomysł, że czarna dziura wsysa pobliską gwiazdę brzmi jak science-fiction, ale dokładnie to dzieje się w trakcie zjawiska rozerwania pływowego” mówi Matt Nicholl, wykładowca i stażysta Royal Astronomical Society na University of Birmingham w Wielkiej Brytanii, pierwszy autor nowych badań. Jednak zjawiska rozerwania pływowego (ang. tidal distruption events), w których gwiazda doświadcza tzw. spaghettizacji (ang. spaghettification) – jest wciągana przez czarną dziurę, są rzadkie i nie zawsze łatwe do zbadania. Zespół naukowców skierował teleskopy ESO: Bardzo Duży Teleskop (VLT) i Teleskop Nowej Technologii (NTT) na nowy błysk światła, który nastąpił w ubiegłym roku blisko supermasywnej czarnej dziury, aby dokładnie zbadać, co się wydarzyło, gdy gwiazda została pożarta przez takiego „potwora”.

W teorii astronomowie wiedzą, co się wydarzy. „Gdy pechowa gwiazda zawędruje zbyt blisko supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki, ekstremalne przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury rozerwie gwiazdę na cienkie strumienie materii” wyjaśnia autor badań Thomas Wevers, stażysta ESO w Santiago w Chile, który był w Institute of Astronomy, University of Cambridge (Wielka Brytania) w momencie prowadzenia pracy. Gdy niektóre z cienkich pasm gwiezdnego materiału spadają na czarną dziurę w trakcie procesu spaghettizacji, uwalniany jest jasny rozbłysk energii, który mogą wykryć astronomowie.

Do tej pory naukowcy mieli problem ze zbadaniem takiego rozbłysku, pomimo iż jest silny i jasny, gdyż często jest przesłonięty przez zasłonę z pyłu. Dopiero teraz astronomowie byli w stanie „rzucić trochę światła” na pochodzenie tej zasłony.

„Ustaliliśmy, iż w sytuacji, gdy czarna dziura pożera gwiazdę, może nastąpić potężny wyrzut materii, który przesłania widok” wyjaśnia Samantha Oates, również z University of Birmingham. Dzieje się tak dlatego, że energia uwolniona, gdy czarna dziura zjada gwiezdny materiał, wypycha resztki gwiazdy na zewnątrz.

Odkrycie było możliwe, ponieważ zjawisko rozerwania pływowego AT2019qiz, które zespół badał, zostało wykryte krótko po tym, jak gwiazda została rozerwana na kawałki. „Ponieważ uchwyciliśmy to we wczesnym stadium, faktycznie mogliśmy zobaczyć zasłosnę z pyłu i resztek unoszącą się, gdy czarna dziura wyrzuciła potężny wypływ materii z prędkościami do 10 000 km/s” mówi Kate Alexander, NASA Einstein Fellow na Northwestern University (USA). „To unikalne zerknięcie przez zasłonę dostarczyło pierwszej okazji do określenie pochodzenia zasłaniającego materiału i śledzenia w czasie rzeczywistym, jak otacza czarną dziurę.”

Zespół badawczy przeprowadził obserwacje AT2019qiz w galaktyce spiralnej w konstelacji Erydanu w trakcie sześciomiesięcznego okresu, gdy jasność rozbłysku rosła, a potem malała. „Kilka przeglądów nieba odkryło emisję od nowego zjawiska rozerwania pływowego bardzo szybko po tym, jak gwiazda została rozerwana” tłumaczy Wevers. „Natychmiast skierowaliśmy różne teleskopy naziemne i kosmiczne w tym kierunku, aby zobaczyć, jak wyprodukowane zostało światło.”

W kolejnych miesiącach wykonywane były wielokrotne obserwacje zjawiska przy pomocy instrumentów takich jak X-shooter i EFOSC2 na teleskopach VLT i NTT znajdujących się w Chile. Szybkie i obszerne obserwacje w ultrafiolecie, zakresie optycznym, rentgenowskim i radiowym pozwoliły po raz pierwszy ujawnić bezpośredni związek pomiędzy materią wypływającą z gwiazdy, a jasnym rozbłyskiem emitowanym w trakcie pożerania przez czarną dziurę. „Obserwacje pokazały, że gwiazda miała prawie taką samą masę jak nasze Słońce oraz że utraciła około połowę na rzecz monstrualnej czarnej dziury, która z kolei jest miliony razy bardziej masywna” wyjaśnia Nicholl, który jest także naukowcem wizytującym na University of Edinburgh.

Opisane badania pomagają nam lepiej zrozumieć supermasywne czarne dziury i zachowanie materii w ekstremalnym środowisku grawitacyjnym dookoła. Zespół badawczy mówi, że AT2019qiz może nawet pełnić rolę „kamienia z Rosetty” dla interpretowania przyszłych obserwacji zjawisk rozerwania pływowego. Ekstremalnie Wielki Teleskop (ESO), dla którego rozpoczęcie obserwacji ESO planuje na jeszcze tą dekadę, umożliwi naukowcom na wykrycie jeszcze słabszych i szybciej ewoluujących zjawisk rozerwania pływowego, aby rozwikłać kolejne zagadki fizyki czarnych dziur.

Uwagi

[1] W badaniach udział mają m.in. naukowcy z Polski z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “An outflow powers the optical rise of the nearby, fast-evolving tidal disruption event AT2019qiz”, który ukaże się w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (doi: 10.1093/mnras/staa2824).

Skład zespołu badawczego: M. Nicholl (Birmingham Institute for Gravitational Wave Astronomy and School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, Wielka Brytania [Birmingham] and Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Wielka Brytania [IfA]), T. Wevers (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Wielka Brytania), S. R. Oates (Birmingham), K. D. Alexander (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics and Department of Physics and Astronomy, Northwestern University, USA [Northwestern]), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Dania [DTU]), F. Onori (Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali (INAF), Roma, Włochy), A. Jerkstrand (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Germany and Department of Astronomy, Stockholm University, Szwecja [Stockholm]), S. Gomez (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA [CfA]), S. Campana (INAF–Osservatorio Astronomico di Brera, Italy), I. Arcavi (The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, Israel and CIFAR Azrieli Global Scholars program, CIFAR, Toronto, Kanada), P. Charalampopoulos (DTU), M. Gromadzki (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polska [Warszawa]), N. Ihanec (Warszawa), P. G. Jonker (Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University, the Netherlands [Radboud] and SRON, Netherlands Institute for Space Research, the Netherlands [SRON]), A. Lawrence (IfA), I. Mandel (Monash Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, Monash University, Australia and The ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery – OzGrav, Australia and Birmingham), S. Schulze (Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel [Weizmann]) P. Short (IfA), J. Burke (Las Cumbres Observatory, Goleta, USA [LCO] and Department of Physics, University of California, Santa Barbara, USA [UCSB]), C. McCully (LCO and UCSB) D. Hiramatsu (LCO and UCSB), D. A. Howell (LCO and UCSB), C. Pellegrino (LCO and UCSB), H. Abbot (The Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Australia [ANU]), J. P. Anderson (European Southern Observatory, Santiago, Chile), E. Berger (CfA), P. K. Blanchard (Northwestern), G. Cannizzaro (Radboud and SRON), T.-W. Chen (Sztokholm), M. Dennefeld (Institute of Astrophysics Paris (IAP), and Sorbonne University, Paryż), L. Galbany (Departamento de Física Teórica y del Cosmos, Universidad de Granada, Hiszpania), S. González-Gaitán (CENTRA-Centro de Astrofísica e Gravitação and Departamento de Física, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal), G. Hosseinzadeh (CfA), C. Inserra (School of Physics & Astronomy, Cardiff University, Wielka Brytania), I. Irani (Weizmann), P. Kuin (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Wielka Brytania), T. Muller-Bravo (School of Physics and Astronomy, University of Southampton, Wielka Brytania), J. Pineda (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile), 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, Wielka Brytania [QUB]), K. W. Smith (QUB), B. Tucker (ANU), Ł. Wyrzykowski (Warszawa), D. R. Young (QUB).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia (IA/FCUL) strategicznym partnerem. 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 ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VLT
• Zdjęcia NTT
• Dla naukowców: masz ciekawą historię? Opisz swoje badania

Kontakt

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
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: pio@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