science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Astronomen zien uitbarsting in de verte terwijl zwart gat ster vernietigt

Kunstenaarsconceptie van een getijdenverstoring (TDE) die plaatsvindt wanneer een ster dodelijk dicht bij een superzwaar zwart gat passeert, die reageert door een relativistische jet te lanceren. Krediet:Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Voor de eerste keer, astronomen hebben rechtstreeks de vorming en uitdijing in beeld gebracht van een snel bewegende materiaalstraal die werd uitgestoten toen de krachtige zwaartekracht van een superzwaar zwart gat een ster uit elkaar scheurde die te dicht bij het kosmische monster afdwaalde.

De wetenschappers volgden het evenement met radio- en infraroodtelescopen, inclusief de Very Long Baseline Array (VLBA) van de National Science Foundation, in een paar botsende sterrenstelsels genaamd Arp 299, bijna 150 miljoen lichtjaar van de aarde verwijderd. In de kern van een van de sterrenstelsels, een zwart gat dat 20 miljoen keer massiever is dan de zon verscheurde een ster met meer dan tweemaal de massa van de zon, het veroorzaken van een reeks gebeurtenissen die belangrijke details van de gewelddadige ontmoeting aan het licht brachten.

Slechts een klein aantal van zulke stersterfgevallen, getijdenverstoring genoemd, of TDE's, zijn ontdekt, hoewel wetenschappers hebben verondersteld dat ze vaker voorkomen. Theoretici suggereerden dat materiaal dat van de gedoemde ster wordt getrokken een roterende schijf rond het zwarte gat vormt, het uitzenden van intense röntgenstralen en zichtbaar licht, en lanceert ook materiaalstralen naar buiten vanaf de polen van de schijf met bijna de lichtsnelheid.

"Nooit eerder hebben we de vorming en evolutie van een straaljager rechtstreeks kunnen observeren tijdens een van deze gebeurtenissen, " zei Miguel Perez-Torres, van het Astrofysisch Instituut van Andalusië in Granada, Spanje.

De eerste indicatie kwam op 30 januari, 2005, toen astronomen die de William Herschel-telescoop op de Canarische Eilanden gebruikten, een heldere uitbarsting van infraroodstraling ontdekten die uit de kern van een van de botsende sterrenstelsels in Arp 299 kwam. Op 17 juli, 2005, de VLBA onthulde een nieuwe, verschillende bron van radio-emissie vanaf dezelfde locatie.

"Naarmate de tijd verstreek, het nieuwe object bleef helder op infrarood- en radiogolflengten, maar niet in zichtbaar licht en röntgenstralen, " zei Seppo Mattila, van de Universiteit van Turku in Finland. "De meest waarschijnlijke verklaring is dat dik interstellair gas en stof nabij het centrum van de melkweg de röntgenstralen en het zichtbare licht absorbeerden, straalde het dan opnieuw uit als infrarood, " voegde hij eraan toe. De onderzoekers gebruikten de Nordic Optical Telescope op de Canarische Eilanden en de Spitzer-ruimtetelescoop van NASA om de infraroodemissie van het object te volgen.

Vervolg observaties met de VLBA, het Europese VLBI-netwerk (EVN), en andere radiotelescopen, bijna tien jaar uitgevoerd, toonde de bron van radio-emissie die zich in één richting uitbreidde, net zoals verwacht voor een jet. De gemeten uitzetting gaf aan dat het materiaal in de straal met gemiddeld een vierde van de lichtsnelheid bewoog. Gelukkig, de radiogolven worden niet geabsorbeerd in de kern van de melkweg, maar vinden er hun weg doorheen om de aarde te bereiken.

Kunstenaarsconceptie van een getijdenverstoring (TDE) die plaatsvindt wanneer een ster dodelijk dicht bij een superzwaar zwart gat passeert, die reageert door een relativistische jet te lanceren. Het zoomt uit uit het centrale gebied van zijn gaststelsel, Arp299B, die een samensmeltingsproces ondergaat met Arp299A (de melkweg aan de linkerkant). Krediet:Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF; nasa, STScI

Bij deze waarnemingen werden meerdere radiotelescoopantennes gebruikt, gescheiden door duizenden mijlen, om het oplossend vermogen te krijgen, of het vermogen om fijne details te zien, nodig om de uitzetting van een object zo ver te detecteren. De patient, jarenlange gegevensverzameling beloonde de wetenschappers met het bewijs van een jet.

De meeste sterrenstelsels hebben superzware zwarte gaten, met miljoenen tot miljarden keren de massa van de zon, in hun kern. In een zwart gat, de massa is zo geconcentreerd dat de aantrekkingskracht zo sterk is dat zelfs licht niet kan ontsnappen. Wanneer die superzware zwarte gaten actief materiaal uit hun omgeving aantrekken, dat materiaal een roterende schijf rond het zwarte gat vormt, en supersnelle stralen deeltjes worden naar buiten gelanceerd. Dit is het fenomeen dat we zien in radiosterrenstelsels en quasars.

"Veel tijd, echter, superzware zwarte gaten verslinden niets actief, dus ze zijn in een rustige staat, Perez-Torres legde uit. "Getijdenverstoringen kunnen ons een unieke kans bieden om ons begrip van de vorming en evolutie van jets in de nabijheid van deze krachtige objecten te vergroten, " hij voegde toe.

"Vanwege het stof dat zichtbaar licht absorbeerde, deze specifieke getijdenverstoring is misschien maar het topje van de ijsberg van wat tot nu toe een verborgen populatie was, Mattila zei. "Door naar deze gebeurtenissen te zoeken met infrarood- en radiotelescopen, misschien kunnen we er nog veel meer ontdekken, en van hen leren, " hij zei.

Dergelijke gebeurtenissen kwamen misschien vaker voor in het verre heelal, dus door ze te bestuderen, kunnen wetenschappers de omgeving begrijpen waarin sterrenstelsels miljarden jaren geleden zijn ontstaan.

De vondst, zeiden de wetenschappers, kwam als een verrassing. De eerste infrarooduitbarsting werd ontdekt als onderdeel van een project om supernova-explosies te detecteren in zulke botsende paren sterrenstelsels. Arp 299 heeft talloze stellaire explosies gezien, en is een "supernovafabriek" genoemd. Dit nieuwe object werd oorspronkelijk beschouwd als een supernova-explosie. Alleen in 2011 zes jaar na ontdekking, het radio-emitterende gedeelte begon een verlenging te vertonen. Daaropvolgende monitoring toonde aan dat de expansie groeide, bevestigen dat wat de wetenschappers zien een jet is, geen supernova.

Mattila en Perez-Torres leidden een team van 36 wetenschappers van 26 instellingen over de hele wereld bij de observaties van Arp 299. Ze publiceerden hun bevindingen in het online nummer van 14 juni van het tijdschrift Wetenschap .