Astronomer ser fjernt udbrud, da sort hul ødelægger stjerne

For første gang, astronomer har direkte afbildet dannelsen og udvidelsen af ​​en hurtigt bevægende stråle af materiale, der blev kastet ud, da den kraftige tyngdekraft af et supermassivt sort hul flåede en stjerne fra hinanden, der vandrede for tæt på det kosmiske monster.

Forskerne fulgte begivenheden med radio og infrarøde teleskoper, herunder National Science Foundation's Very Long Baseline Array (VLBA), i et par kolliderende galakser kaldet Arp 299, næsten 150 millioner lysår fra Jorden. I kernen af ​​en af ​​galakserne, et sort hul, der er 20 millioner gange mere massivt end Solen, knuste en stjerne mere end to gange Solens masse, satte gang i en kæde af begivenheder, der afslørede vigtige detaljer om det voldelige møde.

Kun et lille antal af sådanne stjernedødsfald, kaldet tidevandsforstyrrelser, eller TDE'er, er blevet opdaget, selvom videnskabsmænd har antaget, at de kan være en mere almindelig begivenhed. Teoretikere foreslog, at materiale trukket fra den dødsdømte stjerne danner en roterende skive omkring det sorte hul, udsender intense røntgenstråler og synligt lys, og sender også stråler af materiale ud fra diskens poler med næsten lysets hastighed.

"Aldrig før har vi været i stand til direkte at observere dannelsen og udviklingen af ​​et jetfly fra en af ​​disse begivenheder, " sagde Miguel Perez-Torres, fra Astrophysical Institute of Andalusia i Granada, Spanien.

Den første indikation kom den 30. januar, 2005, da astronomer, der brugte William Herschel-teleskopet på De Kanariske Øer, opdagede et stærkt udbrud af infrarød emission, der kom fra kernen i en af ​​de kolliderende galakser i Arp 299. Den 17. juli, 2005, VLBA afslørede en ny, særskilt kilde til radioemission fra samme sted.

"Som tiden gik, det nye objekt forblev lyst ved infrarøde og radiobølgelængder, men ikke i synligt lys og røntgenstråler, " sagde Seppo Mattila, ved universitetet i Turku i Finland. "Den mest sandsynlige forklaring er, at tyk interstellar gas og støv nær galaksens centrum absorberede røntgenstråler og synligt lys, derefter genbestrålede det som infrarødt, " tilføjede han. Forskerne brugte det nordiske optiske teleskop på De Kanariske Øer og NASAs Spitzer-rumteleskop til at følge objektets infrarøde emission.

Fortsatte observationer med VLBA, det europæiske VLBI-netværk (EVN), og andre radioteleskoper, udført over næsten et årti, viste kilden til radioemission udvide sig i én retning, lige som forventet for et jetfly. Den målte ekspansion indikerede, at materialet i strålen bevægede sig med gennemsnitligt en fjerdedel af lysets hastighed. Heldigvis, radiobølgerne absorberes ikke i galaksens kerne, men finde vej igennem det for at nå Jorden.

Disse observationer brugte flere radioteleskopantenner, adskilt af tusindvis af miles, for at opnå opløsningskraften, eller evnen til at se fine detaljer, kræves for at detektere udvidelsen af ​​et objekt så fjernt. Patienten, årelang dataindsamling belønnede forskerne med beviser for et jetfly.

De fleste galakser har supermassive sorte huller, indeholdende millioner til milliarder af gange Solens masse, i deres kerne. I et sort hul, massen er så koncentreret, at dens tyngdekraft er så stærk, at ikke engang lys kan slippe ud. Når de supermassive sorte huller aktivt trækker materiale ind fra deres omgivelser, at materiale danner en roterende skive omkring det sorte hul, og superhurtige stråler af partikler sendes udad. Dette er det fænomen, der ses i radiogalakser og kvasarer.

"Meget af tiden, imidlertid, supermassive sorte huller fortærer ikke aktivt noget, så de er i en rolig tilstand, Perez-Torres forklarede. "Tidevandsafbrydelseshændelser kan give os en unik mulighed for at fremme vores forståelse af dannelsen og udviklingen af ​​jetfly i nærheden af ​​disse magtfulde objekter, " han tilføjede.

"På grund af støvet, der absorberede ethvert synligt lys, denne særlige tidevandsafbrydelse er muligvis kun toppen af ​​isbjerget af det, der indtil nu har været en skjult befolkning, " sagde Mattila. "Ved at lede efter disse begivenheder med infrarøde og radioteleskoper, vi kan måske opdage mange flere, og lære af dem, " han sagde.

Sådanne begivenheder kan have været mere almindelige i det fjerne univers, så at studere dem kan hjælpe videnskabsmænd med at forstå det miljø, hvori galakser udviklede sig for milliarder af år siden.

Opdagelsen, sagde forskerne, kom som en overraskelse. Det første infrarøde udbrud blev opdaget som en del af et projekt, der forsøgte at opdage supernovaeksplosioner i sådanne kolliderende galaksepar. Arp 299 har set adskillige stjerneeksplosioner, og er blevet døbt en "supernovafabrik." Dette nye objekt blev oprindeligt anset for at være en supernovaeksplosion. Først i 2011, seks år efter opdagelsen, den radio-emitterende del begyndte at vise en forlængelse. Efterfølgende overvågning viste, at udvidelsen voksede, bekræfter, at det, forskerne ser, er et jetfly, ikke en supernova.

Mattila og Perez-Torres ledede et hold af 36 videnskabsmænd fra 26 institutioner rundt om i verden i observationerne af Arp 299. De offentliggjorde deres resultater i tidsskriftets onlineudgave den 14. juni Videnskab .