I en første, astronomer ser en korona med sorte huller forsvinde, dukker derefter op igen

Det ser ud til, at universet har en underlig sans for humor. Mens en kronbeklædt virus er løbet hårdt ud over verden, en anden helt anden korona omkring 100 millioner lysår fra Jorden er på mystisk vis forsvundet.

For første gang, astronomer ved MIT og andre steder har set et supermassivt sort huls egen korona, den ultralyse, milliard graders ring af højenergipartikler, der omkranser et sort huls begivenhedshorisont, blev brat ødelagt.

Årsagen til denne dramatiske transformation er uklar, selvom forskerne gætter på, at kilden til ulykken kan have været en stjerne fanget i det sorte huls tyngdekraft. Som en sten kastet ind i en gearkasse, stjernen kan have rikocheteret gennem det sorte huls skive af hvirvlende materiale, forårsager alt i nærheden, inklusive coronaens højenergipartikler, pludselig at styrte ned i det sorte hul.

Resultatet, som astronomerne observerede, var et brat og overraskende fald i det sorte huls lysstyrke, med en faktor 10, 000, på under et år.

"Vi forventer, at så store ændringer i lysstyrken vil variere på tidsskalaer på mange tusinde til millioner af år, " siger Erin Kara, assisterende professor i fysik ved MIT. "Men i dette objekt, vi så det ændre sig med 10, 000 over et år, og det ændrede sig endda med en faktor 100 på otte timer, hvilket bare er totalt uhørt og virkelig ufatteligt."

Efter coronaens forsvinden, astronomer fortsatte med at se, mens det sorte hul langsomt begyndte at trække materiale sammen fra dets ydre kanter for at reformere sin hvirvlende tilvækstskive, som igen begyndte at spinde højenergi røntgenstråler op tæt på det sorte huls begivenhedshorisont. På denne måde på få måneder, det sorte hul var i stand til at generere en ny corona, næsten tilbage til sin oprindelige lysstyrke.

"Det ser ud til at være første gang, vi nogensinde har set en corona først og fremmest forsvinde, men så også genopbygge sig selv, og vi ser dette i realtid, " siger Kara. "Dette vil være virkelig vigtigt for at forstå, hvordan et sort huls korona opvarmes og forsynes i første omgang."

Kara og hendes medforfattere, herunder hovedforfatter Claudio Ricci fra Universidad Diego Portales i Santiago, Chile, har offentliggjort deres resultater i dag i Astrofysiske tidsskriftsbreve . Medforfattere fra MIT inkluderer Ron Remillard, og Dheeraj Pasham.

En smidig vaskemaskine

I marts 2018, et uventet udbrud oplyste udsigten til ASSASN, All-Sky Automated Survey for Super-Novae, der undersøger hele nattehimlen for supernovaaktivitet. Undersøgelsen registrerede et glimt fra 1ES 1927+654, en aktiv galaktisk kerne, eller AGN, det er en type supermassivt sort hul med højere end normal lysstyrke i midten af ​​en galakse. ASSASN observerede, at objektets lysstyrke sprang til omkring 40 gange dens normale lysstyrke.

"Dette var en AGN, som vi på en måde kendte til, men det var ikke særlig specielt, " siger Kara. "Så lagde de mærke til, at det her almindelige AGN pludselig blev lyst, som fik vores opmærksomhed, og vi begyndte at pege en masse andre teleskoper i mange andre bølgelængder for at se på det."

Holdet brugte flere teleskoper til at observere det sorte hul i røntgenstrålen, optisk, og ultraviolette bølgebånd. De fleste af disse teleskoper pegede med jævne mellemrum mod det sorte hul, for eksempel registrering af observationer for en hel dag, hvert halve år. Holdet så også det sorte hul dagligt med NASA's NICER, et meget mindre røntgenteleskop, der er installeret ombord på den internationale rumstation, med detektorer udviklet og bygget af forskere ved MIT.

"NICER er fantastisk, fordi det er så smidigt, " siger Kara. "Det er denne lille vaskemaskine, der hopper rundt i ISS, og den kan opsamle et ton røntgenfotoner. Hver dag, NICER kunne tage et hurtigt lille kig på denne AGN, så gå ud og gør noget andet."

Med hyppige observationer, forskerne var i stand til at fange det sorte hul, da det brat faldt i lysstyrke, i stort set alle de bølgebånd, de målte, og især i det højenergiske røntgenbånd – en observation, der signalerede, at det sorte huls korona var fuldstændig og pludselig fordampet.

"Efter at ASSASN så det gå igennem dette enorme skøre udbrud, vi så hvordan koronaen forsvandt, " husker Kara. "Det blev uopdagligt, som vi aldrig har set før."

Et rystende glimt

Fysikere er usikre på præcis, hvad der får en korona til at dannes, men de mener, at det har noget at gøre med konfigurationen af ​​magnetfeltlinjer, der løber gennem et sort huls tilvækstskive. Ved de ydre områder af et sort huls hvirvlende skive af materiale, magnetiske feltlinjer er mere eller mindre i en ligetil konfiguration. Tættere på, og især nær begivenhedshorisonten, materielle cirkler med mere energi, på en måde, der kan få magnetfeltlinjer til at vride og bryde, Tilslut derefter igen. Dette virvar af magnetisk energi kunne spinde partikler op, der hvirvler tæt på det sorte hul, til niveauet for højenergi røntgenstråler, danner den kronelignende korona, der omkranser det sorte hul.

Kara og hendes kolleger mener, at hvis en egensindig stjerne faktisk var synderen i coronaens forsvinden, det ville først være blevet revet fra hinanden af ​​det sorte huls tyngdekraft, sprede stjerneaffald hen over tilvækstskiven. Dette kan have forårsaget det midlertidige blink i lysstyrken, som ASSASN fangede. Denne "tidevandsforstyrrelse, "som astronomer kalder sådan en rystende begivenhed, ville have udløst meget af materialet i skiven til pludselig at falde ned i det sorte hul. Det kan også have smidt diskens magnetiske feltlinjer ud af skyggen på en måde, så den ikke længere kunne generere og understøtte en højenergikorona.

Dette sidste punkt er potentielt vigtigt for at forstå, hvordan coronas først dannes. Afhængig af massen af ​​et sort hul, der er en vis radius, inden for hvilken en stjerne helt sikkert vil blive trukket ind af et sort huls tyngdekraft.

"Det, der fortæller os, er, at hvis al handlingen sker inden for denne tidevandsafbrydelsesradius, det betyder, at den magnetiske feltkonfiguration, der understøtter koronaen, skal være inden for den radius, " siger Kara. "Hvilket betyder, at for enhver normal corona, magnetfelterne inden for den radius er det, der er ansvarligt for at skabe en korona."

Forskerne beregnede, at hvis en stjerne faktisk var årsagen til det sorte huls manglende korona, og hvis der skulle dannes en korona i et supermassivt sort hul af lignende størrelse, det ville gøre det inden for en radius på omkring fire lyse minutter - en afstand, der groft svarer til omkring 75 millioner kilometer fra det sorte huls centrum.

"Med det forbehold, at denne begivenhed skete fra en stjerneafbrydelse af tidevandet, dette ville være nogle af de strengeste begrænsninger, vi har på, hvor coronaen skal eksistere, " siger Kara.

Corona har siden reformeret, lyser op i højenergi røntgenstråler, som holdet også kunne observere. Det er ikke så lyst, som det engang var, men forskerne fortsætter med at overvåge det, dog sjældnere, for at se, hvad mere dette system har i vente.

"Vi vil gerne holde øje med det, " siger Kara. "Det er stadig i denne usædvanlige højfluxtilstand, og måske vil det gøre noget skørt igen, så det vil vi ikke gå glip af."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.