Tajemniczo jasny błysk skierowany w stronę ziemi

Astronomowie ustalili źródło niezwykle jasnego sygnału rentgenowskiego, optycznego i radiowego pojawiającego się z połowy drogi przez Wszechświat.

Sygnał, nazwany AT 2022cmc, został odkryty na początku tego roku przez Zwicky Transient Facility w Kalifornii. Wyniki opublikowane dziś w Nature Astronomy sugerują, że pochodzi on prawdopodobnie z dżetu materii, rozchodzącego się z supermasywnej czarnej dziury z prędkością bliską prędkości światła.

Zespół, w skład którego wchodzą badacze z MIT i Uniwersytetu w Birmingham, uważa, że strumień jest produktem czarnej dziury, która nagle zaczęła pożerać pobliską gwiazdę, uwalniając przy tym ogromną ilość energii. Ich odkrycia mogą rzucić nowe światło na to, jak supermasywne czarne dziury odżywiają się i rosną.

Astronomowie zaobserwowali inne tego typu „zaburzenia pływowe” (TDE), w których przechodząca gwiazda jest rozrywana przez siły pływowe czarnej dziury. Jednak AT 2022cmc jest jaśniejsza niż jakakolwiek odkryta do tej pory TDE, a także jest najdalszą dotychczas wykrytą TDE, oddaloną o około 8,5 miliarda lat świetlnych.

Zespół zmierzył odległość do AT 2022cmc używając Bardzo Dużego Teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile.

Dr Matt Nicholl, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie w Birmingham, powiedział: „Nasze widmo powiedziało nam, że źródło było gorące: około 30 000 stopni, co jest typowe dla TDE. Ale widzieliśmy również pewne pochłanianie światła przez galaktykę, w której to zdarzenie miało miejsce. Te linie absorpcyjne były silnie przesunięte w kierunku czerwonych długości fal, mówiąc nam, że ta galaktyka była znacznie dalej niż się spodziewaliśmy!”

Jak tak odległe wydarzenie mogło pojawić się tak jasno na naszym niebie? Zespół twierdzi, że dżet czarnej dziury może być skierowany bezpośrednio w stronę Ziemi, przez co sygnał wydaje się jaśniejszy niż gdyby dżet był skierowany w jakimkolwiek innym kierunku. Efekt ten to „Doppler boosting” i jest podobny do wzmocnionego dźwięku przejeżdżającej syreny.

AT 2022cmc jest czwartą kiedykolwiek wykrytą TDE z efektem Dopplera i pierwszą taką obserwacją od 2011 roku. Jest to również pierwsza wzmocniona TDE odkryta za pomocą optycznego przeglądu nieba. W miarę uruchamiania w najbliższych latach potężniejszych teleskopów, będą one ujawniać kolejne TDE, które mogą rzucić światło na to, jak supermasywne czarne dziury rosną i kształtują otaczające je galaktyki.

Po wstępnym odkryciu AT 2022cmc, zespół skupił się na sygnale używając Neutron star Interior Composition ExploreR (NICER), teleskopu rentgenowskiego, który działa na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

„Przez pierwsze trzy dni wszystko wyglądało całkiem normalnie” – wspomina Dheeraj „DJ” Pasham, który był pierwszym autorem badania. „Potem spojrzeliśmy na to za pomocą teleskopu rentgenowskiego i to co odkryliśmy, to że źródło było 100 razy potężniejsze niż najpotężniejszy afterglow wybuchu gamma”.

Zazwyczaj takie jasne błyski na niebie to wybuchy promieniowania gamma — ekstremalne strumienie emisji promieniowania X, które tryskają z zapadania się masywnych gwiazd.

Dr Benjamin Gompertz, adiunkt na Uniwersytecie w Birmingham, kierował analizą porównawczą wybuchów gamma. „Wybuchy promieniowania gamma są zwykłymi podejrzanymi dla wydarzeń takich jak to” – powiedział. „Jednakże, tak jasne jak one są, jest tylko tyle światła, które może wyprodukować zapadająca się gwiazda. Ponieważ AT 2022cmc był tak jasny i trwał tak długo, wiedzieliśmy, że musi go zasilać coś naprawdę ogromnego – supermasywna czarna dziura.”

Uważa się, że ekstremalna aktywność rentgenowska jest zasilana przez „ekstremalny epizod akrecyjny”, kiedy to rozdrobniona gwiazda tworzy wir odłamków wpadając do czarnej dziury. Rzeczywiście, zespół stwierdził, że rentgenowska jasność AT 2022cmc była porównywalna do, choć jaśniejsza od trzech wcześniej wykrytych TDE.

„Prawdopodobnie połyka ona gwiazdę w tempie połowy masy Słońca na rok” – szacuje Pasham. „Wiele z tych zaburzeń pływowych dzieje się wcześnie, a my byliśmy w stanie złapać to zdarzenie na samym początku, w ciągu tygodnia od rozpoczęcia karmienia gwiazdy przez czarną dziurę”.

„Spodziewamy się wielu więcej takich TDE w przyszłości” – dodaje współautor Matteo Lucchini. „Wtedy być może będziemy w stanie powiedzieć w końcu, jak dokładnie czarne dziury uruchamiają te niezwykle potężne dżety”.

Inni naukowcy z Birmingham, którzy przyczynili się do powstania tej pracy to dr Graham Smith, dr Samantha Oates oraz badacze doktoranci Aysha Aamer, Evan Ridley i Xinyue Sheng.

Źródło: University of Birmingham