Puls rentgenowski wykryty w pobliżu horyzontu zdarzeń, gdy czarna dziura pożera gwiazdę

22 listopada 2014 r. astronomowie zauważyli rzadkie zdarzenie na nocnym niebie: supermasywną czarną dziurę w galaktyce odległej o 300 mln lat świetlnych od Ziemi, która rozrywa gwiazdę przechodzącą w jej pobliżu. Zdarzenie, znane jako rozbłysk zakłócenia pływowego, dla masywnej siły pływowej czarnej dziury, która rozrywa gwiazdę, spowodowało wybuch aktywności promieni rentgenowskich w pobliżu centrum galaktyki.

Teraz naukowcy z MIT i innych instytucji prześledzili dane z obserwacji wielu teleskopów dotyczące tego wydarzenia i odkryli dziwnie intensywny, stabilny i okresowy puls, lub sygnał, promieniowania rentgenowskiego we wszystkich zestawach danych. Sygnał wydaje się pochodzić z obszaru bardzo zbliżonego do horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Sygnał wydaje się okresowo rozjaśniać i gasnąć co 131 sekund, i utrzymuje się przez co najmniej 450 dni.

Naukowcy są przekonani, że cokolwiek emituje ten okresowy sygnał, musi krążyć wokół czarnej dziury, tuż poza horyzontem zdarzeń, w pobliżu najbardziej wewnętrznej orbity stabilnej (Innermost Stable Circular Orbit – ISCO), najmniejszej orbity, na której cząstka może podróżować wokół czarnej dziury.

Biorąc pod uwagę stabilną bliskość sygnału od czarnej dziury oraz masę czarnej dziury, która według naukowców wynosi ok. miliona mas Słońca, zespół obliczył, że wiruje ona z prędkością zbliżoną do 50% prędkości światła.

Pierwszy autor badania, Dheeraj Pasham z Instytutu Astrofizyki i Badań Kosmicznych w MIT, twierdzi, że większość supermasywnych czarnych dziur jest uśpiona i zwykle nie emituje zbyt wiele promieniowania X. Od czasu do czasu uwalniają one wybuchy aktywności, na przykład gdy gwiazdy zbliżają się wystarczająco, by czarne dziury mogły je pożerać. Teraz Pasham mówi, że, biorąc pod uwagę wyniki zespołu, takie rozbłyski zakłóceń pływowych mogą być wykorzystane do oszacowania spinu supermasywnych czarnych dziur – właściwości, która do tej pory była niewiarygodnie trudna do ustalenia.

Modele teoretyczne rozbłysków zakłóceń pływowych pokazują, że kiedy czarna dziura strzępi gwiazdę, część materii gwiazdy może pozostać poza horyzontem zdarzeń, krążąc, przynajmniej tymczasowo, na stabilnej orbicie, takiej jak ISCO, emitując okresowe błyski promieniowania X, przed ostatecznym pochłonięciem przez czarną dziurę. Okresowość błysków promieniowania rentgenowskiego koduje kluczowe informacje o wielkości ISCO, która jest podyktowana szybkością wirowania czarnej dziury.

Pasham i jego koledzy myśleli, że gdyby mogli zobaczyć tak regularne błyski bardzo blisko czarnej dziury, która przeszła ostatnie zjawisko zakłócenia pływowego, sygnały te mogłyby dać im wyobrażenie, jak szybko wiruje czarna dziura.

Skupili swoje poszukiwania na ASASSN-14li, zdarzeniu zakłóceń pływowych, które astronomowie zidentyfikowali w listopadzie 2014 roku, korzystając z naziemnego automatycznego przeglądu All-Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN).

Zespół przeanalizował zarchiwizowane zestawy danych z trzech obserwatoriów, które zbierały pomiary rentgenowskie zdarzenia od czasu jego odkrycia. Pasham opracował wcześniej kod komputerowy do wykrywania okresowych wzorców z danych astrofizycznych, ale nie w przypadku zdarzeń związanych z zakłóceniami pływowymi. Postanowił zastosować swój kod do trzech zestawów danych dla ASASSN-14li, aby sprawdzić, czy na powierzchni pojawią się zwykłe okresowe wzorce.

To, co obserwował było zaskakująco silnym, stabilnym i okresowym wybuchem promieniowania rentgenowskiego, który wydawał się pochodzić z niemal krawędzi czarnej dziury. Sygnał pulsował co 131 sekund przez 450 dni i był wyjątkowo intensywny – około 40% powyżej średniej jasności promieni rentgenowskich czarnej dziury.

Kiedy Pasham odkrył okresowy sygnał, to do teoretyków zespołu należało znalezienie wyjaśnienia, co mogło je wygenerować. Zespół opracował różne scenariusze, ale to, co wydaje się najbardziej prawdopodobne do stworzenia tak silnego, regularnego błysku promieni X, obejmuje nie tylko czarną dziurę rozrywającą gwiazdę, która się do niej zbliża, ale także mniejszą gwiazdę, znaną jako biały karzeł, orbitującą blisko czarnej dziury.

Według Pasham nadrzędnym znaczeniem wyników jest to, że możliwe jest ograniczenie spinu czarnej dziury, pochodzące od zdarzenia zakłóceń pływowych. Idąc dalej, naukowiec ma nadzieję, że uda się zidentyfikować podobne stabilne wzorce w innych zdarzeniach związanych ze strzępieniem gwiazd przez czarne dziury.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
MIT

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.