Data tyder på, at sorte huller sluger stjerneaffald i udbrud

I midten af ​​en fjern galakse, næsten 300 millioner lysår fra Jorden, videnskabsmænd har opdaget et supermassivt sort hul, der "kvæler" ved en pludselig tilstrømning af stjerneaffald.

I et papir offentliggjort i dag i Astrofysiske tidsskriftsbreve , forskere fra MIT, NASAs Goddard Space Flight Center, og andre steder rapporter om en "tidevandsafbrydelsesudbrud" - et dramatisk udbrud af elektromagnetisk aktivitet, der opstår, når et sort hul udsletter en nærliggende stjerne. Udbrændingen blev først opdaget den 11. november, 2014, og videnskabsmænd har siden trænet en række forskellige teleskoper på begivenheden for at lære mere om, hvordan sorte huller vokser og udvikler sig.

Det MIT-ledede hold kiggede gennem data indsamlet af to forskellige teleskoper og identificerede et mærkeligt mønster i den energi, der udsendes af blussen:Da den udslettede stjernes støv faldt ned i det sorte hul, forskerne observerede små udsving i de optiske og ultraviolette (UV) bånd i det elektromagnetiske spektrum. Det samme mønster gentog sig 32 dage senere, denne gang i røntgenbåndet.

Forskerne brugte simuleringer af begivenheden udført af andre til at udlede, at sådanne energi-"ekkoer" blev produceret ud fra følgende scenarie:Da en stjerne migrerede tæt på det sorte hul, det blev hurtigt revet fra hinanden af ​​det sorte huls gravitationsenergi. Det resulterende stjerneaffald, hvirvler stadig tættere på det sorte hul, kolliderede med sig selv, afgiver udbrud af optisk og UV-lys på kollisionsstederne. Da den blev trukket længere ind, det kolliderende affald blev varmet op, producerer røntgenudbrud, i samme mønster som de optiske bursts, lige før affaldet faldt ned i det sorte hul.

"I bund og grund dette sorte hul har ikke haft meget at spise af i et stykke tid, og pludselig kommer en uheldig stjerne fuld af stof, " siger Dheeraj Pasham, avisens første forfatter og en postdoc i MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Det vi ser er, dette stjernemateriale bliver ikke bare kontinuerligt tilført det sorte hul, men det interagerer med sig selv – stopper og går, stopper og går. Dette fortæller os, at det sorte hul 'kvæler' på denne pludselige tilførsel af stjerneaffald."

Pashams medforfattere inkluderer MIT Kavli postdoc Aleksander Sadowski og forskere fra NASAs Goddard Space Flight Center, University of Maryland, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Columbia University, og Johns Hopkins University.

Et "heldigt" syn

Pasham siger, at tidevandsafbrydelsesudbrud er et potentielt vindue ind i universets mange "skjulte" sorte huller, som ikke aktivt optager, eller fodring af materiale.

"Næsten hver eneste massiv galakse indeholder et supermassivt sort hul, " siger Pasham. "Men vi ved ikke om dem, hvis de sidder og laver ingenting, medmindre der er en begivenhed som en tidevandsafbrydelse."

Sådanne udbrud opstår, når en stjerne, migrerer tæt på et sort hul, bliver trukket fra det sorte huls enorme gravitationsenergi. Denne stjerneudslettelse kan afgive utrolige energiudbrud langs hele det elektromagnetiske spektrum, fra radiobandet, gennem de optiske og UV-bølgelængder, og videre gennem røntgen- og højenergi-gammastrålebåndene. Hvor ekstreme de end er, tidevandsafbrydelsesudbrud er svære at observere, da de sker sjældent.

"Du bliver nødt til at stirre på en galakse i omkring 10, 000 til 100, 000 år at se en stjerne blive forstyrret af det sorte hul i midten, " siger Pasham.

Alligevel, den 11. nov. 2014, et globalt netværk af robotteleskoper ved navn ASASSN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) opfangede signaler om en mulig tidevandsafbrydelse fra en galakse 300 millioner lysår væk. Forskere fokuserede hurtigt andre teleskoper på begivenheden, inklusive røntgen-teleskopet ombord på NASAs Swift-satellit, et kredsende rumfartøj, der scanner himlen for udbrud af ekstrem høj energi.

"Først for nylig er teleskoper begyndt at 'tale' med hinanden, og til netop denne begivenhed var vi heldige, fordi mange mennesker var klar til det, " siger Pasham. "Det resulterede bare i en masse data."

En lys-på kollision

Med adgang til disse data, Pasham og hans kolleger ønskede at løse et mangeårigt mysterium:Hvor opstod en lysudbrud først? Ved at bruge modeller af sorte huls dynamik, videnskabsmænd har været i stand til at vurdere, at når et sort hul river en stjerne fra hinanden, den resulterende tidevandsafbrydelse kan producere røntgenstråling meget tæt på det sorte hul. Men det har været svært at udpege oprindelsen af ​​optiske og UV-emissioner. At gøre det ville være et ekstra skridt mod at forstå, hvad der sker, når en stjerne bliver forstyrret.

"Supermassive sorte huller og deres værtsgalakser vokser in-situ, "Siger Pasham. "At vide præcis, hvad der sker i tidevandsafbrydelsesudbrud, kan hjælpe os med at forstå dette sorte hul og galakse-coevolutionsprocessen."

Forskerne undersøgte de første 270 dage efter opdagelsen af ​​tidevandsafbrydelsen, kaldet ASASSN-14li. I særdeleshed, de analyserede røntgen- og optiske/UV-data taget af Swift-satellitten og Las Cumbres Observatory Global

Teleskop. De identificerede udsving, eller brister, i røntgenbåndet - to brede toppe (en omkring dag 50, og den anden omkring dag 110) efterfulgt af et kort dyk omkring dag 80. De identificerede det samme mønster i de optiske/UV-data omkring 32 dage tidligere.

For at forklare disse emission "ekkoer, "holdet kørte simuleringer af en tidevandsafbrydelsesudbrud produceret fra et sort hul, der udsletter en stjerne. Forskerne modellerede den resulterende tilvækstskive - en elliptisk skive af stjerneaffald, der hvirvler rundt om det sorte hul - sammen med dens sandsynlige hastighed, radius, og indfaldshastighed, eller hastigheden, hvormed materialet falder ned i det sorte hul.

Fra simuleringer drevet af andre, forskerne konkluderer, at de optiske og UV-udbrud sandsynligvis stammer fra kollisionen af ​​stjerneaffald på den ydre omkreds af det sorte hul. Da dette kolliderende materiale cirkler tættere ind i det sorte hul, det varmer, til sidst afgiver røntgenstråler, som kan halte bagefter de optiske emissioner, svarende til, hvad forskerne observerede i dataene.

"For supermassive sorte huller, der støt ophobes, du ville ikke forvente, at denne kvælning ville ske, " siger Pasham. "Materialet omkring det sorte hul ville langsomt rotere og miste noget energi med hver cirkulær bane. Men det er ikke det, der sker her. Fordi du har en masse materiale, der falder ned på det sorte hul, det interagerer med sig selv, falder i igen, og interagerer igen. Hvis der er flere arrangementer i fremtiden, måske kan vi se, om det er, hvad der sker for andre tidevandsafbrydelsesudbrud."