Een internationaal team van astrofysici uit Southampton, Oxford en Zuid-Afrika hebben een zeer hete, dichte uitstromende wind dichtbij een zwart gat minstens 25, 000 lichtjaar van de aarde.

Hoofdonderzoeker professor Phil Charles van de Universiteit van Southampton legde uit dat het gas (geïoniseerd helium en waterstof) in uitbarstingen werd uitgestoten die zich elke 8 minuten herhaalden. de eerste keer dat dit gedrag is waargenomen rond een zwart gat. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

Het object dat het team van professor Charles bestudeerde was Swift J1357.2-0933, dat voor het eerst werd ontdekt als een röntgenstraaltransiënt - een systeem dat gewelddadige uitbarstingen vertoont - in 2011. Deze transiënten bestaan ​​allemaal uit een ster met een lage massa, vergelijkbaar met onze zon en een compact object, die een witte dwerg kan zijn, neutronenster of zwart gat. In dit geval, Swift J1357.2-0933 heeft een compact object met een zwart gat dat minstens 6 keer de massa van onze zon is.

Materiaal van de normale ster wordt door het compacte object naar een schijf tussen de twee getrokken. Enorme uitbarstingen treden op wanneer het materiaal in de schijf heet en onstabiel wordt en er grote hoeveelheden energie vrijkomen.

Professor Charles zei:"Wat bijzonder ongebruikelijk was aan dit systeem, was dat telescopen op de grond hadden onthuld dat de optische helderheid periodieke dalingen in de uitvoer vertoonde en dat de periode van deze dalingen langzaam veranderde van ongeveer twee minuten tot ongeveer 10 minuten toen de uitbarsting Zulk vreemd gedrag is nog nooit bij enig ander object waargenomen.

"De oorzaak van deze opmerkelijke, snelle dips zijn sinds hun ontdekking een hot topic van wetenschappelijk debat. Het was dus met grote opwinding dat astronomen medio 2017 de tweede uitbarsting van dit object begroetten, een kans bieden om dit vreemde gedrag in meer detail te bestuderen."

Professor Charles en zijn team erkenden dat de sleutel tot het verkrijgen van het antwoord was om een ​​aantal keer optische spectra te verkrijgen tijdens elke dip-cyclus, in wezen bestuderen hoe hun kleur met de tijd veranderde. Maar met het object ongeveer 10, 000 keer zwakker dan de zwakste ster die met het blote oog zichtbaar is en de dipperiode van slechts ongeveer 8 minuten, een zeer grote telescoop moest worden gebruikt.

Dus, ze gebruikten ZOUT, de Zuid-Afrikaanse Grote Telescoop, de grootste optische telescoop op het zuidelijk halfrond.

De Universiteit van Southampton is een van de stichtende Britse partners in SALT, en samen met hun Zuid-Afrikaanse medewerkers, maken deel uit van een groot wetenschappelijk programma met meerdere partners om alle soorten transiënten te bestuderen. SALT heeft niet alleen het nodige enorme opvangoppervlak (het heeft een spiegel met een diameter van 10 m), maar het wordt beheerd op een 100 procent wachtrij-geplande manier door astronomen van het personeel, wat betekent dat het gemakkelijk kan reageren op onvoorspelbare voorbijgaande gebeurtenissen. Dit was perfect voor Swift J1357.2-0933, en SALT heeft meer dan een uur aan spectra verkregen, met één genomen om de 100 seconden.

"Onze tijdige observaties van dit fascinerende systeem laten zien hoe de snelle reactie van SALT, door zijn flexibele wachtrij-geplande operatie, maakt het een ideale faciliteit voor vervolgstudies van voorbijgaande objecten, " zei dr. David Buckley, de hoofdonderzoeker van het SALT-transiëntprogramma, gevestigd in het Zuid-Afrikaanse Astronomische Observatorium, die er ook aan toevoegde, "Met de onmiddellijke beschikbaarheid van een aantal verschillende instrumenten op SALT, we kunnen ook onze observatieplannen dynamisch aanpassen aan de wetenschappelijke doelen en reageren op resultaten, bijna in realtime"

Professor Charles voegde toe:"De resultaten van deze spectra waren verbluffend. Ze toonden geïoniseerd helium in absorptie, die nog nooit eerder in dergelijke systemen waren gezien. Dit gaf aan dat het zowel dicht als heet moest zijn - ongeveer 40, 000 graden. Meer opmerkelijk, de spectrale kenmerken waren blauw verschoven (vanwege het Doppler-effect), wat aangeeft dat ze met ongeveer 600 km/s naar ons toe waaiden. Maar wat ons echt verbaasde was de ontdekking dat deze spectrale kenmerken alleen zichtbaar waren tijdens de optische dips in de lichtcurve. We hebben deze vrij unieke eigenschap geïnterpreteerd als het gevolg van een kromtrekking of rimpeling in de binnenste accretieschijf die op de dompeltijdschaal rond het zwarte gat draait. Deze schering is heel dicht bij het zwarte gat op slechts een tiende van de straal van de schijf."

Wat drijft deze materie weg van het zwarte gat? Het is vrijwel zeker de stralingsdruk van de intense röntgenstraling die dicht bij het zwarte gat wordt gegenereerd. Maar het moet veel helderder zijn dan we direct zien, wat suggereert dat het materiaal dat op het zwarte gat valt het uit het directe zicht verduistert, als wolken die de zon verduisteren. Dit gebeurt omdat we het binaire systeem toevallig bekijken vanuit een uitkijkpunt waar de schijf edge-on lijkt, zoals afgebeeld in de schematische afbeelding, en roterende klodders in deze schijf belemmeren ons zicht op het centrale zwarte gat.

Interessant genoeg zijn er geen verduisteringen door de begeleidende ster te zien in de optische of röntgenstraal, zoals zou kunnen worden verwacht. Dit wordt verklaard doordat het erg klein is, en constant in de schaduw van de schijf. Deze gevolgtrekking is afkomstig van gedetailleerde theoretische modellering van wind die van accretieschijven wordt geblazen, uitgevoerd door een van de teams, James Matthews aan de Universiteit van Oxford, met behulp van supercomputerberekeningen.

Dit object heeft opmerkelijke eigenschappen binnen een toch al interessante groep objecten die ons veel kunnen leren over de eindpunten van stellaire evolutie en de vorming van compacte objecten. We kennen al een paar dozijn binaire systemen met zwarte gaten in onze Melkweg, die allemaal een massa hebben in het bereik van 5-15 zonsmassa's, en het enkele zwarte gat in ons Galactische Centrum is ongeveer 4 miljoen zonsmassa's. Ze groeien allemaal door de aanwas van materie die we zo spectaculair hebben gezien in dit object. We weten ook dat een aanzienlijk deel van het aangroeimateriaal wordt weggeblazen. Als dat gebeurt vanuit de superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels, die krachtige winden en jets kunnen een enorme impact hebben op de rest van de melkweg.

Professor Charles concludeerde:"Deze korte-periode binaire versies zijn een perfecte manier om deze fysica in actie te bestuderen."