In het centrum van een ver sterrenstelsel, bijna 300 miljoen lichtjaar van de aarde, wetenschappers hebben een superzwaar zwart gat ontdekt dat "verstikt" door een plotselinge instroom van stellair afval.

In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven , onderzoekers van het MIT, NASA's Goddard Space Flight Center, en elders rapporteren over een "uitbarsting van getijdenverstoring" - een dramatische uitbarsting van elektromagnetische activiteit die optreedt wanneer een zwart gat een nabije ster vernietigt. De flare werd voor het eerst ontdekt op 11 november, 2014, en wetenschappers hebben sindsdien verschillende telescopen op het evenement getraind om meer te weten te komen over hoe zwarte gaten groeien en evolueren.

Het door MIT geleide team bekeek gegevens verzameld door twee verschillende telescopen en identificeerde een merkwaardig patroon in de energie die door de zonnevlam werd uitgezonden:toen het uitgewist sterstof in het zwarte gat viel, de onderzoekers observeerden kleine fluctuaties in de optische en ultraviolette (UV) banden van het elektromagnetische spectrum. Ditzelfde patroon herhaalde zich 32 dagen later, dit keer in de röntgenband.

De onderzoekers gebruikten simulaties van de gebeurtenis die door anderen werden uitgevoerd om te concluderen dat dergelijke energie-"echo's" werden geproduceerd uit het volgende scenario:toen een ster dicht bij het zwarte gat migreerde, het werd snel uit elkaar gescheurd door de zwaartekracht van het zwarte gat. Het resulterende stellaire puin, steeds dichter naar het zwarte gat dwarrelend, kwam in botsing met zichzelf, uitbarstingen van optisch en UV-licht afgeven op de aanvaringslocaties. Toen het verder naar binnen werd getrokken, het botsende puin warmde op, het produceren van röntgenstraling, in hetzelfde patroon als de optische bursts, net voordat het puin in het zwarte gat viel.

"In essentie, dit zwarte gat heeft al een tijdje niet veel te eten gehad, en plotseling komt er een ongelukkige ster vol materie, " zegt Dheeraj Pasham, de eerste auteur van het artikel en een postdoc in het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research van MIT. "Wat we zien is, dit stellaire materiaal wordt niet alleen continu naar het zwarte gat gevoerd, maar het heeft interactie met zichzelf - stoppen en gaan, stoppen en gaan. Dit vertelt ons dat het zwarte gat 'stikt' door deze plotselinge aanvoer van stellair puin."

Tot de co-auteurs van Pasham behoren MIT Kavli-postdoc Aleksander Sadowski en onderzoekers van het Goddard Space Flight Center van NASA, de Universiteit van Maryland, het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Universiteit van Colombia, en de Johns Hopkins-universiteit.

Een "gelukkige" waarneming

Pasham zegt dat fakkels van getijdenverstoring een potentieel venster zijn in de vele "verborgen" zwarte gaten van het universum. die niet actief aangroeien, of zich voeden met materiaal.

"Bijna elk massief sterrenstelsel bevat een superzwaar zwart gat, " zegt Pasham. "Maar we zullen niets van ze weten als ze niets doen, tenzij er een gebeurtenis is zoals een opflakkering van de getijdenverstoring."

Dergelijke uitbarstingen treden op wanneer een ster, migreren in de buurt van een zwart gat, wordt uit de immense zwaartekracht van het zwarte gat getrokken. Deze stellaire vernietiging kan ongelooflijke uitbarstingen van energie afgeven over het hele elektromagnetische spectrum, van de radioband, door de optische en UV-golflengten, en verder door de röntgen- en hoogenergetische gammastralingsbanden. Hoe extreem ze ook zijn, getijdeverstoring fakkels zijn moeilijk waar te nemen, omdat ze niet vaak voorkomen.

"Je zou ongeveer 10 uur naar één sterrenstelsel moeten staren, 000 tot 100, 000 jaar om te zien hoe een ster wordt verstoord door het zwarte gat in het centrum, ' zegt Pasham.

Hoe dan ook, op 11 november, 2014, een wereldwijd netwerk van robottelescopen genaamd ASASSN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) nam signalen op van een mogelijke getijdeverstoring van een sterrenstelsel op 300 miljoen lichtjaar afstand. Wetenschappers richtten snel andere telescopen op het evenement, inclusief de röntgentelescoop aan boord van NASA's Swift-satelliet, een in een baan om de aarde draaiend ruimtevaartuig dat de lucht scant op uitbarstingen van extreem hoge energie.

"Pas onlangs begonnen telescopen met elkaar te 'praten', en voor dit specifieke evenement hadden we geluk omdat veel mensen er klaar voor waren, ', zegt Pasham. 'Het leverde gewoon veel gegevens op.'

Een lichte aanrijding

Met toegang tot deze gegevens, Pasham en zijn collega's wilden een al lang bestaand mysterie oplossen:waar ontstonden de lichtflitsen van een fakkel voor het eerst? Met behulp van modellen van de dynamiek van zwarte gaten, wetenschappers hebben kunnen inschatten dat als een zwart gat een ster uit elkaar scheurt, de resulterende fakkel voor getijdeverstoring kan röntgenstraling produceren die zeer dicht bij het zwarte gat ligt. Maar het was moeilijk om de oorsprong van optische en UV-emissies vast te stellen. Dit zou een extra stap zijn om te begrijpen wat er gebeurt als een ster wordt verstoord.

"Superzware zwarte gaten en hun gastheerstelsels groeien in-situ, "Zegt Pasham. "Als we precies weten wat er gebeurt bij uitbarstingen van getijdenverstoringen, kunnen we dit co-evolutieproces van zwarte gaten en sterrenstelsels beter begrijpen."

De onderzoekers bestudeerden de eerste 270 dagen na de detectie van de opflakkering van de getijverstoring, genaamd ASASSN-14li. Vooral, ze analyseerden röntgen- en optische/UV-gegevens van de Swift-satelliet en het Las Cumbres Observatory Global

Telescoop. Ze identificeerden fluctuaties, of barsten, in de röntgenband - twee brede pieken (één rond dag 50, en de andere rond dag 110) gevolgd door een korte dip rond dag 80. Ze identificeerden hetzelfde patroon in de optische/UV-gegevens zo'n 32 dagen eerder.

Om deze emissie uit te leggen "echo's, " het team voerde simulaties uit van een getijdeverstoring veroorzaakt door een zwart gat dat een ster uitwist. De onderzoekers modelleerden de resulterende accretieschijf - een elliptische schijf van stellair afval dat rond het zwarte gat wervelt - samen met zijn waarschijnlijke snelheid, straal, en de mate van inval, of snelheid waarmee materiaal op het zwarte gat valt.

Uit simulaties van anderen, de onderzoekers concluderen dat de optische en UV-uitbarstingen waarschijnlijk afkomstig zijn van de botsing van stellair afval aan de buitenrand van het zwarte gat. Terwijl dit botsende materiaal dichter in het zwarte gat cirkelt, het warmt op, uiteindelijk röntgenstraling afgeven, die achter kunnen blijven bij de optische emissies, vergelijkbaar met wat de wetenschappers in de gegevens hebben waargenomen.

"Voor superzware zwarte gaten die gestaag groeien, je zou niet verwachten dat deze verstikking zou gebeuren, ", zegt Pasham. "Het materiaal rond het zwarte gat zou langzaam roteren en bij elke cirkelvormige baan wat energie verliezen. Maar dat is niet wat hier gebeurt. Omdat er veel materiaal op het zwarte gat valt, het is in interactie met zichzelf, weer invallen, en weer interactie. Mochten er in de toekomst meer evenementen zijn, misschien kunnen we zien of dit is wat er gebeurt voor andere fakkels van getijdenverstoring."