Gentagne udstrømninger af varm vind fundet tæt på sort hul

Et internationalt hold af astrofysikere fra Southampton, Oxford og Sydafrika har opdaget en meget varm, tæt udstrømmende vind tæt på et sort hul mindst 25, 000 lysår fra Jorden.

Ledende forsker professor Phil Charles fra University of Southampton forklarede, at gassen (ioniseret helium og brint) blev udsendt i udbrud, som gentog sig hvert 8. minut, første gang denne adfærd er blevet set omkring et sort hul. Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Objektet, som professor Charles' hold undersøgte, var Swift J1357.2-0933, som først blev opdaget som en røntgentransient - et system, der udviser voldsomme udbrud - i 2011. Disse transienter består alle af en lavmassestjerne, ligner vores sol og et kompakt objekt, som kan være en hvid dværg, neutronstjerne eller sort hul. I dette tilfælde, Swift J1357.2-0933 har et sort hul kompakt objekt, som er mindst 6 gange vores sols masse.

Materiale fra den normale stjerne trækkes af den kompakte genstand ind i en skive mellem de to. Massive udbrud opstår, når materialet i skiven bliver varmt og ustabilt, og det frigiver rigelige mængder energi.

Professor Charles sagde:"Det, der var særligt usædvanligt ved dette system, var, at jordbaserede teleskoper havde afsløret, at dets optiske lysstyrke viste periodiske fald i dets output, og at perioden for disse dyk langsomt ændrede sig fra omkring to minutter til omkring 10 minutter som udbruddet. En sådan mærkelig adfærd er aldrig set i noget andet objekt.

"Årsagen til disse bemærkelsesværdige, hurtige dips har været et varmt emne i videnskabelig debat lige siden deres opdagelse. Så det var med stor spænding, at astronomer hilste det andet udbrud af dette objekt i midten af ​​2017, giver mulighed for at studere denne mærkelige adfærd mere detaljeret."

Professor Charles og hans team erkendte, at nøglen til at få svaret var at opnå optiske spektre et antal gange i løbet af hver dip-cyklus, i det væsentlige at studere, hvordan deres farve ændrede sig med tiden. Men med objektet omkring 10, 000 gange svagere end den svageste stjerne, der er synlig med det blotte øje, og dyppeperioden på kun omkring 8 minutter, der skulle bruges et meget stort teleskop.

Så, de brugte SALT, det sydafrikanske store teleskop, det største optiske teleskop på den sydlige halvkugle.

University of Southampton er en af ​​de grundlæggende britiske partnere i SALT, og sammen med deres sydafrikanske samarbejdspartnere, er en del af et multi-partner Large Science Program for at studere transienter af alle typer. SALT har ikke kun det nødvendige enorme opsamlingsområde (det har et spejl med en diameter på 10 m), men det drives på en 100 procent køplanlagt måde af fastboende personaleastronomer, hvilket betyder, at den let kan reagere på uforudsigelige forbigående hændelser. Dette var perfekt til Swift J1357.2-0933, og SALT opnåede mere end en times spektre, med en taget hvert 100. sekund.

"Vores rettidige observationer af dette fascinerende system viser, hvordan SALTs hurtige reaktion, gennem sin fleksible køplanlagte drift, gør det til en ideel facilitet til opfølgende undersøgelser af forbigående objekter, " sagde Dr. David Buckley, hovedundersøgeren af ​​SALT-transientprogrammet, baseret på South African Astronomical Observatory, som også tilføjede, "Med den øjeblikkelige tilgængelighed af en række forskellige instrumenter på SALT, vi kan også dynamisk ændre vores observationsplaner, så de passer til de videnskabelige mål og reagere på resultater, næsten i realtid"

Professor Charles tilføjede:"Resultaterne fra disse spektre var forbløffende. De viste ioniseret helium i absorption, som aldrig var set i sådanne systemer før. Dette indikerede, at det skal være både tæt og varmt - omkring 40, 000 grader. Mere bemærkelsesværdigt, de spektrale træk blev blåforskydne (på grund af Doppler-effekten), hvilket indikerer, at de blæste mod os med omkring 600 km/s. Men det, der virkelig overraskede os, var opdagelsen af, at disse spektrale træk kun var synlige under de optiske dyk i lyskurven. Vi har fortolket denne ret unikke egenskab som en kæde eller krusning i den indre tilvækstskive, der kredser om det sorte hul på dyppetidsskalaen. Denne kæde er meget tæt på det sorte hul med kun en tiendedel af skivens radius."

Hvad driver denne sag væk fra det sorte hul? Det er næsten helt sikkert strålingstrykket fra de intense røntgenstråler, der genereres tæt på det sorte hul. Men det skal være meget lysere, end vi umiddelbart ser, tyder på, at materialet, der falder på det sorte hul, skjuler det fra direkte syn, som skyer, der skjuler Solen. Dette sker, fordi vi tilfældigvis ser det binære system fra et udsigtspunkt, hvor disken fremstår kant-på, som afbildet i den skematiske illustration, og roterende klatter i denne skive slører vores udsyn til det centrale sorte hul.

Interessant nok er der ingen formørkelser af ledsagerstjernen set i hverken den optiske eller røntgenstråle, som man kunne forvente. Dette forklares ved, at det er meget lille, og konstant i skyggen af ​​skiven. Denne konklusion kommer fra detaljeret teoretisk modellering af vinde, der blæses af tilvækstskiver, som blev foretaget af en af ​​holdet, James Matthews ved University of Oxford, ved hjælp af supercomputerberegninger.

Dette objekt har bemærkelsesværdige egenskaber blandt en allerede interessant gruppe af objekter, der har meget at lære os om endepunkterne for stjernernes udvikling og dannelsen af ​​kompakte objekter. Vi kender allerede til et par dusin sorte huls binære systemer i vores galakse, som alle har masser i området 5-15 solmasser, og det enkelte sorte hul i vores galaktiske center er omkring 4 millioner solmasser. De vokser alle ved tilvæksten af ​​stof, som vi har set så spektakulært i dette objekt. Vi ved også, at en væsentlig del af det tilstødende materiale bliver blæst væk. Når det sker fra de supermassive sorte huller i galaksernes centre, disse kraftige vinde og jetfly kan have en enorm indflydelse på resten af ​​galaksen.

Professor Charles konkluderede:"Disse kortperiode binære versioner er en perfekt måde at studere denne fysik i aktion."