Οι ερευνητές βρήκαν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα να πνίγεται στο γεύμα της

Οι επιστήμονες βρήκαν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που φαίνεται να έχει λίγο περισσότερα από όσα μπορεί να μασήσει. Στο κέντρο ενός γαλαξία περίπου 300 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη, η μαύρη τρύπα καταπονείται για να απορροφήσει τη μάζα ενός άστρου που κατέρρευσε πρόσφατα, «πνίγοντας» τα υπολείμματά του.

Μια ομάδα ερευνητών, συμπεριλαμβανομένων μελών από το MIT και το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA, ανέφεραν πρόσφατα ότι εντόπισαν μια περίεργη «παλιρροιακή αναλαμπή», μια τεράστια έκρηξη ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που απελευθερώνεται όταν μια μαύρη τρύπα καταρρέει ένα άτυχο αστέρι. Η έκλαμψη, που ονομάζεται ASASSN-14li, χτύπησε για πρώτη φορά τους αισθητήρες μας στις 11 Νοεμβρίου 2014 και από τότε οι ερευνητές έχουν στρέψει όλα τα είδη τηλεσκοπίων προς την πηγή για να μάθουν όσο το δυνατόν περισσότερα για το πώς εξελίσσονται οι μαύρες τρύπες.

Με επικεφαλής τον μεταδιδακτορικό του MIT στο Kavli Institute for Astrophysics and Space Research Dheeraj Pasham, η ομάδα εξέτασε δεδομένα που ελήφθησαν με δύο διαφορετικά τηλεσκόπια και βρήκε ένα περίεργο μοτίβο στα ενεργειακά επίπεδα της έκλαμψης. Καθώς η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα (θα την ονομάσω απλώς SBH από μη επάνω) άρχισε για πρώτη φορά να απορροφά την ύλη του πρώην αστεριού, η ομάδα εντόπισε μικρές διακυμάνσεις στα ορατά και υπεριώδη διαστήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Κάτι που από μόνο του δεν είναι τόσο περίεργο - θα το φτάσουμε σε λίγο. Αλλά το ίδιο μοτίβο διακυμάνσεων επισημάνθηκε ξανά 32 ημέρες αργότερα, αυτή τη φορά στη ζώνη ακτίνων Χ.

Μια έκρηξη λαιμαργίας

Επομένως, πρώτα ας μάθουμε τι είναι αυτές οι φωτοβολίδες και πώς συμπεριφέρονται συνήθως.

Όπως είπα, οι εκλάμψεις παλιρροϊκής διακοπής είναι τεράστιες εκρήξεις ενέργειας που απελευθερώνονται όταν η τεράστια βαρυτική έλξη μιας μαύρης τρύπας διασπά ένα αστέρι. Οι εκρήξεις διαδίδονται σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από το ραδιόφωνο, το ορατό και το UV μέχρι τα διαστήματα ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα. Είναι αρκετά σπάνια, οπότε δεν γίναμε μάρτυρες πολλών από αυτά παρά το γεγονός ότι πραγματικά ξεχωρίζουν. Αλλά όταν το κάνουμε, είναι ένα νεκρό δώρο για κρυφές μαύρες τρύπες — κάτι που θα ήταν σχεδόν αδύνατο να εντοπιστεί διαφορετικά.

Έτσι, κατά κάποιο τρόπο ήμασταν τυχεροί, αλλά και οι αισθητήρες μας ήταν έτοιμοι για αυτό. Η έκλαμψη ASSN-14li παραλήφθηκε από το δίκτυο αυτοματοποιημένων τηλεσκοπίων ASASSN (All Sky Automated Survey for SuperNovae). Αμέσως μετά, οι ερευνητές έστρεψαν άλλα τηλεσκόπια προς τη μαύρη τρύπα, συμπεριλαμβανομένου του τηλεσκοπίου ακτίνων Χ στον δορυφόρο Swift της NASA — σχεδιασμένο να παρακολουθεί τον ουρανό για εκρήξεις εξαιρετικά υψηλής ενέργειας.

Εξετάζοντας όλα τα δεδομένα που συγκέντρωσαν για το γεγονός, ο Pasham και η ομάδα του απάντησαν σε ένα μακροχρόνιο μυστήριο:από πού προήλθαν αυτές οι εκρήξεις φωτός από τις εκλάμψεις; Με τη μοντελοποίηση της δυναμικής μιας μαύρης τρύπας, οι επιστήμονες μπόρεσαν στο παρελθόν να εξηγήσουν ότι καθώς μια μαύρη τρύπα ξεσκίζει το αστέρι της, το υλικό που προκύπτει μπορεί να παράγει εκπομπές ακτίνων Χ πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων. Αλλά η πηγή για το ορατό και το υπεριώδες φως αποδείχθηκε άπιαστη.

Η ομάδα μελέτησε τις 270 ημέρες μετά την πρώτη ανίχνευση του ASASSN-14li, με ιδιαίτερη έμφαση στα δεδομένα ακτίνων Χ και οπτικών/UV που ελήφθησαν από τον δορυφόρο Swift και το παγκόσμιο τηλεσκόπιο του Παρατηρητηρίου Las Cumbres. Εντοπίστηκαν δύο ευρείες κορυφές στη ζώνη ακτίνων Χ (μία γύρω στην ημέρα 50 και η άλλη γύρω στην ημέρα 110) και μία σύντομη βύθιση (γύρω στην ημέρα 80). Αυτό ήταν το ίδιο ακριβώς μοτίβο που κατέγραψαν για το ορατό/UV φάσμα μόλις 32 ημέρες νωρίτερα.

Το επόμενο βήμα τους ήταν να εκτελέσουν προσομοιώσεις της έκλαμψης που παράγεται από ένα αστέρι που καταρρέει δίπλα σε μια μαύρη τρύπα και του προκύπτοντος δίσκου συσσώρευσης (παρόμοιο με τον τρόπο με τον οποίο τα παίρνουν οι πλανήτες) — μαζί με την υποτιθέμενη ταχύτητα, το μέγεθός του και τον ρυθμό πτώσης του υλικού στο μαύρη τρύπα.

Διελκυστίνδα

Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν αυτές οι ενεργειακές διακυμάνσεις είναι ένα είδος ηλεκτρομαγνητικής ηχούς. Αφού το αστέρι διαλύθηκε, τα υπολείμματά του άρχισαν να στροβιλίζονται στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Καθώς πλησίαζε στον ορίζοντα γεγονότων, το νέφος της ύλης επιταχύνθηκε και συσσωρεύτηκε πιο σφιχτά, απελευθερώνοντας εκρήξεις υπεριώδους ακτινοβολίας και ορατού φωτός όταν τα σωματίδια του συγκρούστηκαν με υψηλές ταχύτητες. Καθώς η ύλη τραβήχτηκε πιο κοντά στη μαύρη τρύπα, γινόταν ακόμα πιο γρήγορη και πυκνότερη, γεγονός που την έκανε επίσης να ζεσταθεί. Σε αυτή τη διεγερμένη κατάσταση της ύλης κοντά στην απορρόφηση στον ορίζοντα γεγονότων, οι συγκρούσεις παρήγαγαν εκρήξεις ακτίνων Χ και γάμμα αντί για τις ορατές και εκρήξεις UV με χαμηλότερη ενέργεια.

Στην περίπτωση του ASASSN-14li, αυτή η διαδικασία συνέβη πολύ πιο αργά από ότι συνήθως επειδή η μεγάλη ποσότητα ύλης αποδεικνυόταν λίγο υπερβολική για να μασήσει η μαύρη τρύπα σε μία μόνο μπουκιά.

Η πλήρης εργασία "Optical/UV-to-X-Ray Echoes from the Tidal Disruption Flare ASASSN-14li" δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Astrophysical Journal Letters .