In 2019 observeerden astronomen het dichtstbijzijnde voorbeeld tot nu toe van een ster die werd versnipperd of 'spaghettified' nadat hij te dicht bij een enorm zwart gat was gekomen.

Die getijdenverstoring van een zonachtige ster door een zwart gat dat 1 miljoen keer massiever is dan hijzelf, vond plaats op 215 miljoen lichtjaar van de aarde. Gelukkig was dit de eerste gebeurtenis die zo helder was dat astronomen van de University of California, Berkeley, het optische licht van de sterdood konden bestuderen, met name de polarisatie van het licht, om meer te weten te komen over wat er gebeurde nadat de ster uit elkaar was gescheurd.

Hun waarnemingen op 8 oktober 2019 suggereren dat veel van het materiaal van de ster met hoge snelheid werd weggeblazen - tot 10.000 kilometer per seconde - en een bolvormige gaswolk vormde die de meeste hoogenergetische emissies blokkeerde die werden geproduceerd als de zwart gat slokte de rest van de ster op.

Eerder onthulden andere waarnemingen van optisch licht van de ontploffing, genaamd AT2019qiz, dat veel van de materie van de ster naar buiten werd gelanceerd in een krachtige wind. Maar de nieuwe gegevens over de polarisatie van het licht, die in wezen nul was op zichtbare of optische golflengten toen de gebeurtenis het helderst was, vertellen astronomen dat de wolk waarschijnlijk bolsymmetrisch was.

"Dit is de eerste keer dat iemand de vorm van de gaswolk rond een getijgerde ster heeft afgeleid", zegt Alex Filippenko, UC Berkeley-hoogleraar astronomie en lid van het onderzoeksteam.

De resultaten ondersteunen één antwoord op de vraag waarom astronomen geen hoogenergetische straling, zoals röntgenstralen, zien van veel van de tientallen getijdenverstoringen die tot nu toe zijn waargenomen:de röntgenstralen, die worden geproduceerd door materiaal dat van de ster is gerukt en in een accretieschijf rond het zwarte gat worden gesleept voordat ze naar binnen vallen, worden aan het zicht onttrokken door het gas dat naar buiten wordt geblazen door krachtige winden van het zwarte gat.

"Deze observatie sluit een klasse van oplossingen uit die theoretisch zijn voorgesteld en geeft ons een sterkere beperking van wat er gebeurt met gas rond een zwart gat", zegt UC Berkeley afgestudeerde student Kishore Patra, hoofdauteur van het onderzoek. "Mensen hebben ander bewijs gezien van wind die uit deze gebeurtenissen komt, en ik denk dat deze polarisatiestudie dat bewijs zeker sterker maakt, in de zin dat je geen bolvormige geometrie zou krijgen zonder voldoende wind. Het interessante feit hier is dat een aanzienlijk deel van het materiaal in de ster dat naar binnen spiraalt, uiteindelijk niet in het zwarte gat valt - het wordt weggeblazen van het zwarte gat."

Polarisatie onthult symmetrie

Veel theoretici hebben de hypothese geopperd dat het stellaire puin na verstoring een excentrische, asymmetrische schijf vormt, maar een excentrische schijf zal naar verwachting een relatief hoge mate van polarisatie vertonen, wat zou betekenen dat misschien enkele procenten van het totale licht gepolariseerd is. Dit werd niet waargenomen voor deze getijdenverstoring.

"Een van de gekste dingen die een superzwaar zwart gat kan doen, is een ster verscheuren door zijn enorme getijdenkrachten", zegt teamlid Wenbin Lu, assistent-professor astronomie van UC Berkeley. "Deze stellaire getijdenverstoringen zijn een van de weinige manieren waarop astronomen het bestaan ​​van superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels kennen en hun eigenschappen meten. Maar vanwege de extreme rekenkosten bij het numeriek simuleren van dergelijke gebeurtenissen, begrijpen astronomen nog steeds niet de gecompliceerde processen na een getijdeverstoring."

Een tweede reeks waarnemingen op 6 november, 29 dagen na de waarneming in oktober, onthulde dat het licht zeer licht gepolariseerd was, ongeveer 1%, wat suggereert dat de wolk voldoende dunner was geworden om de asymmetrische gasstructuur rond het zwarte gat te onthullen. Beide waarnemingen kwamen van de 3-meter Shane-telescoop van het Lick Observatory bij San Jose, Californië, die is uitgerust met de Kast-spectrograaf, een instrument dat de polarisatie van licht over het volledige optische spectrum kan bepalen. Het licht wordt gepolariseerd - het elektrische veld trilt voornamelijk in één richting - wanneer het elektronen in de gaswolk verstrooit.

"De accretieschijf zelf is heet genoeg om het meeste van zijn licht in röntgenstralen uit te zenden, maar dat licht moet door deze wolk komen, en er zijn veel verstrooiingen, absorpties en heruitzendingen van licht voordat het uit deze wolk kan ontsnappen," zei Patra. "Bij elk van deze processen verliest het licht een deel van zijn fotonenergie, helemaal naar beneden tot ultraviolette en optische energieën. De uiteindelijke verstrooiing bepaalt vervolgens de polarisatietoestand van het foton. Dus door de polarisatie te meten, kunnen we de geometrie afleiden van het oppervlak waar de laatste verstrooiing plaatsvindt."

Patra merkte op dat dit sterfbedscenario alleen van toepassing kan zijn op normale getijdenverstoringen - niet op 'vreemde ballen', waarbij relativistische stralen materiaal uit de polen van het zwarte gat worden verdreven. Alleen meer metingen van de polarisatie van licht van deze gebeurtenissen zullen die vraag beantwoorden.

"Polarisatiestudies zijn zeer uitdagend, en maar heel weinig mensen zijn goed thuis in de techniek over de hele wereld om dit te gebruiken," zei hij. "Dit is dus onbekend terrein voor getijdenverstoringen."

Patra, Filippenko, Lu en UC Berkeley-onderzoeker Thomas Brink, afgestudeerde student Sergiy Vasylyev en postdoctoraal fellow Yi Yang rapporteerden hun observaties in een paper dat is geaccepteerd voor publicatie in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Een wolk die 100 keer groter is dan de baan van de aarde

De onderzoekers van UC Berkeley berekenden dat het gepolariseerde licht werd uitgezonden vanaf het oppervlak van een bolvormige wolk met een straal van ongeveer 100 astronomische eenheden (au), 100 keer verder van de ster dan de aarde van de zon. Een optische gloed van heet gas kwam uit een gebied van ongeveer 30 au.

De spectropolarimetrische waarnemingen van 2019 - een techniek die polarisatie meet over vele golflengten van licht - waren van AT2019qiz, een getijdenverstoring in een spiraalstelsel in het sterrenbeeld Eridanus. De nulpolarisatie van het hele spectrum in oktober duidt op een bolsymmetrische gaswolk - alle gepolariseerde fotonen houden elkaar in evenwicht. De lichte polarisatie van de novembermetingen duidt op een kleine asymmetrie. Omdat deze getijdenverstoringen zo ver weg plaatsvinden, in de centra van verre sterrenstelsels, lijken ze slechts een lichtpuntje, en polarisatie is een van de weinige aanwijzingen voor de vormen van objecten.

"Deze verstoringen zijn zo ver weg dat je ze niet echt kunt oplossen, dus je kunt de geometrie van de gebeurtenis of de structuur van deze explosies niet bestuderen", zei Filippenko. "Maar het bestuderen van gepolariseerd licht helpt ons eigenlijk om wat informatie af te leiden over de verdeling van de materie in die explosie of, in dit geval, hoe het gas - en mogelijk de accretieschijf - rond dit zwarte gat is gevormd." + Verder verkennen

Dood door spaghettificatie:wetenschappers registreren laatste momenten van ster verslonden door zwart gat