Runaway star kan forklare sorte hullers forsvindende handling

I centrum af en fjern galakse, et sort hul forbruger langsomt en gasskive, der hvirvler rundt om det som vand, der cirkler rundt i et afløb. Mens en konstant sive gas trækkes ind i den gabende mave, ultravarme partikler samles tæt på det sorte hul, over og under disken, genererer et strålende røntgenlys, der kan ses 300 millioner lysår væk på Jorden. Disse samlinger af ultravarm gas, kaldet sorte huls coronas, har været kendt for at udvise mærkbare ændringer i deres lysstyrke, lysere eller dæmpes op til 100 gange, når et sort hul fødes.

Men for to år siden, astronomer så med ærefrygt, da røntgenstråler fra det sorte huls korona i en galakse kendt som 1ES 1927+654 forsvandt fuldstændigt, falmer med en faktor 10, 000 på omkring 40 dage. Næsten med det samme begyndte det at vende tilbage, og omkring 100 dage senere var blevet næsten 20 gange lysere end før begivenheden.

Røntgenlyset fra en sort huls corona er et direkte biprodukt af det sorte huls føde, så forsvinden af ​​dette lys fra 1ES 1927+654 betyder sandsynligvis, at dets fødeforsyning var blevet afbrudt. I en ny undersøgelse i Astrofysiske tidsskriftsbreve , videnskabsmænd antager, at en løbsk stjerne kan være kommet for tæt på det sorte hul og blevet revet fra hinanden. Hvis dette var tilfældet, hurtigt bevægende affald fra stjernen kunne have styrtet gennem en del af disken, kortvarigt sprede gassen.

"Vi ser bare normalt ikke variationer som denne i akkumulering af sorte huller, sagde Claudio Ricci, en assisterende professor ved Diego Portales University i Santiago, Chile, og hovedforfatter af undersøgelsen. "Det var så mærkeligt, at vi først troede, at der måske var noget galt med dataene. Da vi så, at det var ægte, det var meget spændende. Men vi anede heller ikke, hvad vi havde med at gøre; ingen, vi talte med, havde set noget lignende."

Næsten hver eneste galakse i universet kan være vært for et supermassivt sort hul i dets centrum, som den i 1ES 1927+654, med masser millioner eller milliarder af gange større end vores sol. De vokser ved at forbruge den gas, der omgiver dem, ellers kendt som en accretion disk. Fordi sorte huller ikke udsender eller reflekterer lys, de kan ikke ses direkte, men lyset fra deres coronas og accretion disks tilbyder en måde at lære om disse mørke objekter.

Forfatternes stjernehypotese understøttes også af, at et par måneder før røntgensignalet forsvandt, observatorier på Jorden så skiven lysere betydeligt i synligt lys bølgelængder (dem, der kan ses af det menneskelige øje). Dette kan være et resultat af den indledende kollision af stjerneaffaldet med skiven.

Graver dybere

Den forsvindende begivenhed i 1ES 1927+654 er unik ikke kun på grund af den dramatiske ændring i lysstyrke, men også på grund af hvor grundigt astronomer var i stand til at studere det. Det synlige lys fik Ricci og hans kolleger til at anmode om opfølgende overvågning af det sorte hul ved hjælp af NASA's Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), et røntgenteleskop ombord på den internationale rumstation. I alt, NICER observerede systemet 265 gange over 15 måneder. Yderligere røntgenovervågning blev opnået med NASAs Neil Gehrels Swift Observatory – som også observerede systemet i ultraviolet lys – samt NASAs Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) og ESA (European Space Agency) XMM-Newton-observatoriet (som har NASA involvering).

Da røntgenlyset fra koronaen forsvandt, NICER og Swift observerede lavenergi røntgenstråler fra systemet, så samlet, disse observatorier leverede en kontinuerlig strøm af information under hele arrangementet.

Selvom en egensindig stjerne virker som den mest sandsynlige synder, forfatterne bemærker, at der kunne være andre forklaringer på den hidtil usete begivenhed. Et bemærkelsesværdigt træk ved observationerne er, at det samlede fald i lysstyrke ikke var en jævn overgang:Dag til dag, de lavenergi røntgenstråler NICER detekterede viste dramatisk variation, nogle gange ændrer lysstyrken med en faktor 100 på så lidt som otte timer. I ekstreme tilfælde, sorte huls koronaer har været kendt for at blive 100 gange lysere eller svagere, men på meget længere tid. Sådanne hurtige ændringer, der skete kontinuerligt i flere måneder, var ekstraordinære.

"Dette datasæt har en masse gåder i sig, " sagde Erin Kara, en assisterende professor i fysik ved Massachusetts Institute of Technology og medforfatter til det nye studie. "Men det er spændende, fordi det betyder, at vi lærer noget nyt om universet. Vi synes, stjernehypotesen er god, men jeg tror også, vi kommer til at analysere denne begivenhed i lang tid."

Det er muligt, at denne form for ekstrem variabilitet er mere almindelig i sorte huls tilvækstskiver, end astronomer indser. Mange operationelle og kommende observatorier er designet til at søge efter kortsigtede ændringer i kosmiske fænomener, en praksis kendt som "tidsdomæneastronomi, "hvilket kunne afsløre flere begivenheder som denne.

"Denne nye undersøgelse er et godt eksempel på, hvordan fleksibilitet i observationsplanlægning giver NASA og ESA missioner mulighed for at studere objekter, der udvikler sig relativt hurtigt og lede efter langsigtede ændringer i deres gennemsnitlige adfærd, " sagde Michael Loewenstein, en medforfatter af undersøgelsen og en astrofysiker for NICER-missionen ved University of Maryland College Park og NASAs Goddard Space Flight Center (GSFC) i Greenbelt, Maryland. "Vil dette fødende sorte hul vende tilbage til den tilstand, det var i før forstyrrelsen? Eller er systemet blevet fundamentalt ændret? Vi fortsætter vores observationer for at finde ud af det."