Ta okrutna czarna dziura za każdym razem, gdy przechodzi, pożera trzy razy więcej gwiazd niż Ziemia

Masywna eksplozja promieni rentgenowskich odkryta przez astronomów z Uniwersytetu w Leicester sugeruje, że materia trzykrotnie większa od masy Ziemi spala się w… Czarna dziura.

Gwiazda taka jak nasze Słońce w pobliskiej galaktyce jest stopniowo zjadana przez małą, ale żarłoczną czarną dziurę, tracąc masę odpowiadającą trzem planetom ziemskim za każdym razem, gdy przechodzi obok niej.

O odkryciu dokonanym przez astronomów z Uniwersytetu w Leicester ogłoszono 7 września w czasopiśmie Astronomia przyrodnicza Stanowi „brakujące ogniwo” naszej wiedzy o czarnych dziurach, które zakłócają działanie gwiazd, które krążą. Wskazuje to, że istnieje cała populacja gwiazd będących w trakcie konsumpcji, które wciąż są nieodkryte.

Zespół otrzymał wsparcie od Brytyjskiej Agencji Kosmicznej i brytyjskiej Rady ds. Obiektów Naukowo-Technologicznych (STFC).

Szczegóły odkrycia

Astronomowie zostali zaalarmowani o zbliżającej się zagładzie gwiazdy jasny błysk promieniowania rentgenowskiego, który wydaje się pochodzić z centrum pobliskiej galaktyki 2MASX J02301709+2836050, oddalonej o około 500 milionów lat świetlnych od galaktyki. droga Mleczna. Asteroida została nazwana Swift J0230 i została zaobserwowana w chwili jej pierwszego pojawienia się za pomocą nowego instrumentu opracowanego przez naukowców dla Obserwatorium Swift Neila Gehrelsa. Szybko zaplanowali jego szybsze obserwacje i odkryli, że zamiast zanikać zgodnie z oczekiwaniami, będzie świecić jasno przez 7 do 10 dni, a następnie nagle gaśnie, powtarzając ten proces co około 25 dni.

Wizualny obraz galaktyki, w której miało miejsce nowe zdarzenie, pobrany z archiwalnych danych PanSTARRS. Obiekt rentgenowski znajduje się gdzieś wewnątrz białego koła i z odległości 100 metrów ma wielkość główki szpilki. Pokazano także położenie dwuletniej supernowej. Źródło: Daniele B. malisani/panstars

Połącz brakujące elementy

Podobne zachowanie zaobserwowano w przypadku tak zwanych eksplozji quasi-okresowych i okresowych eksplozji jądrowych, w których materia gwiazdy jest rozrywana przez czarną dziurę, gdy zbliża się do niej jej orbita, ale różnią się one liczbą erupcji oraz częstotliwością erupcji. czy eksplodują, czy nie. Dominuje eksplozja promieni rentgenowskich lub światła optycznego. Regularność emisji Swift J0230 zmniejszyła się w obu przypadkach, co sugeruje, że stanowi on „brakujące ogniwo” pomiędzy obydwoma rodzajami erupcji.

Wykorzystując proponowane modele tych dwóch klas zdarzeń jako wskazówki, naukowcy doszli do wniosku, że eksplozja Swift J0230 przedstawia gwiazdę o wielkości podobnej do naszego Słońca, poruszającą się po eliptycznej orbicie wokół czarnej dziury o małej masie w centrum swojej galaktyki. . Kiedy orbita gwiazdy zbliża się do intensywnego przyciągania grawitacyjnego czarnej dziury, materia odpowiadająca masie trzech planet ziemskich jest pobierana z atmosfery gwiazdy i podgrzewana w miarę wpadania do czarnej dziury. Ekstremalny upał, około 2 milionów stopni Celsjuszuwalniając ogromną ilość promieni rentgenowskich, które po raz pierwszy przechwycił satelita Swift.

Teraz tego nie widzisz, teraz to widzisz! Zdjęcia rentgenowskie tego samego miejsca na niebie przed (po lewej) i po (po prawej) erupcji Swift J0230. Powyższe zdjęcia wykonał teleskop rentgenowski znajdujący się na pokładzie satelity Swift. Źródło: Phil Evans (Uniwersytet w Leicester)/NASA SWIFT

Spostrzeżenia ekspertów

Główny autor, dr Phil Evans z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Leicester, powiedział: „Po raz pierwszy widzieliśmy gwiazdę taką jak nasze Słońce wielokrotnie rozrywaną i pochłanianą przez czarną dziurę o małej masie. Te tak zwane „częste i częściowe zaburzenia pływowe” same w sobie są zupełnie nowym odkryciem i wydaje się, że dzielą się na dwa rodzaje: te, które wybuchają co kilka godzin, i te, które wybuchają mniej więcej co roku. Ten nowy system wpisuje się dokładnie w lukę pomiędzy tymi elementami, a kiedy porównasz liczby, okaże się, że typy obiektów, których to dotyczy, również pasują do siebie.

Doktor Rob Isles-Ferris, który współpracuje z doktorem Evansem na satelicie Swift, niedawno obronił doktorat na Uniwersytecie w Leicester, który dotyczył badania gwiazd zakłóconych przez czarne dziury. „W większości układów, które widzieliśmy w przeszłości, gwiazda została całkowicie zniszczona” – wyjaśnia. Swift J0230 jest ekscytującym dodatkiem do klasy gwiazd turbulentnych, po części dlatego, że pokazuje nam, że dwie klasy tych wcześniej odkrytych obiektów są rzeczywiście powiązane, a nasz nowy system dostarcza nam brakującego ogniwa.

Ilustracja przedstawiająca Obserwatorium Girls Swift Neila. Źródło: NASA

Czekajcie na więcej odkryć

„Biorąc pod uwagę, że znaleźliśmy Swifta J0230 w ciągu kilku miesięcy od uruchomienia naszego nowego łapacza stanów przejściowych, spodziewamy się, że będzie ich znacznie więcej” – powiedziała dr Kim Page z Uniwersytetu w Leicester, który przeanalizował dane na potrzeby badania. Takie rzeczy gdzieś tam są i czekają na odkrycie.

Dr Chris Nixon jest astrofizykiem teoretycznym, który niedawno przeniósł się z Uniwersytetu w Leicester na Uniwersytet w Leeds. Prowadził teoretyczną interpretację tego wydarzenia. Jego badania są finansowane przez brytyjską Radę ds. Obiektów Naukowych i Technologicznych oraz Leverhulme Trust.

Naukowcy szacują, że masa czarnej dziury jest od około 10 000 do 100 000 razy większa od masy naszego Słońca, co jest bardzo małą masą w przypadku supermasywnych czarnych dziur zwykle spotykanych w centrach galaktyk. Uważa się, że czarna dziura w centrum naszej galaktyki ma masę 4 milionów mas Słońca, podczas gdy większość z niej znajduje się w regionie o masie 100 milionów mas Słońca.

To pierwsze odkrycie dokonane przy użyciu nowego satelitarnego detektora stanów przejściowych Swift, opracowanego przez zespół z Uniwersytetu w Leicester i działającego na ich własnych komputerach. Kiedy ekstremalne zdarzenie powoduje rozbłysk promieniowania rentgenowskiego w obszarze nieba, w którym wcześniej nie było promieni rentgenowskich, astronomowie nazywają to astronomicznym przejściowym promieniowaniem rentgenowskim. Pomimo zapowiadanych przez nie ekstremalnych zdarzeń, zdarzenia te nie są łatwe do znalezienia, a przynajmniej nie szybkie – dlatego opracowano to nowe narzędzie w celu wyszukiwania nowych typów stanów nieustalonych w czasie rzeczywistym.

„Tego typu obiekty były niewykrywalne, dopóki nie zbudowaliśmy nowego obiektu, a wkrótce potem znaleźliśmy zupełnie nowe, nigdy wcześniej nie widziane zjawisko” – dodaje dr Evans. Swift ma prawie 20 lat i nagle odkrył zupełnie nowe wydarzenia, o których istnieniu nie mieliśmy pojęcia. Myślę, że to pokazuje, że za każdym razem, gdy znajdujesz nowy sposób patrzenia na przestrzeń, uczysz się czegoś nowego i odkrywasz, że jest coś, czego wcześniej nie wiedziałeś.

Współpraca międzynarodowa i perspektywy na przyszłość

Dr Caroline Harper, dyrektor ds. nauk o kosmosie w Brytyjskiej Agencji Kosmicznej, powiedziała: „To kolejne ekscytujące odkrycie dokonane w ramach wiodącej na świecie misji Swift – czarnej dziury o małej masie, która podczas swojej orbity zostaje „ukąszona” przez gwiazdę podobną do Słońca. .” wystarczająco blisko.

„Brytyjska Agencja Kosmiczna współpracuje z NASA W tej misji od wielu lat; Wielka Brytania przewodziła rozwojowi sprzętu dla dwóch kluczowych instrumentów naukowych, a my zapewniliśmy fundusze dla centrum danych Swift Science, które w dalszym ciągu wspieramy. Z niecierpliwością czekamy na więcej spostrzeżeń Swifta na temat rozbłysków gamma we wszechświecie i powodowanych przez nie potężnych wydarzeń w przyszłości.

Więcej informacji na temat tego odkrycia można znaleźć w artykule przypominającej słońce gwiazdę Swift Spies należącą do NASA, pochłanianą kęs po kęsie.

Odniesienie: „Quasi-okresowe miesięczne wybuchy wynikające z powtarzających się zakłóceń gwiazdowych przez masywną czarną dziurę” PA Evans, CJ Nixon, S. Campana, P. Charalampopoulos, DA Perley, AA Breeveld, KL Page, SR Oates, RAJ Eyles-Ferris , D. P. Malesani, L. Izzo, M. R. Goad, P. T. O’Brien, J. P. Osborne, B. Sparovati, 7 września 2023 r., Astronomia przyrodnicza.
doi: 10.1038/s41550-023-02073-j