Πρωτοφανές φαινόμενο: Το κοσμικό… “ρέψιμο” μαύρης τρύπας

Μια μαύρη τρύπα απέβαλε υλικό ενός άστρου που είχε καταναλώσει τρία χρόνια νωρίτερα, σημειώνοντας έτσι την πρώτη φορά που παρατηρήθηκε τέτοιο φαινόμενο

Τον Οκτώβριο του 2018, ένα μικρό αστέρι σχίστηκε σε κομμάτια, όταν περιπλανήθηκε πολύ κοντά σε μια μαύρη τρύπα, σε έναν γαλαξία που βρίσκεται 665 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη.

Το παραπάνω γεγονός δεν προκάλεσε έκπληξη στους αστρονόμους, που κατά καιρούς παρακολουθούν τέτοιου είδους βίαια περιστατικά. Σχεδόν όμως τρία χρόνια μετά, η ίδια μαύρη τρύπα φωτίζει ξανά τους ουρανούς, χωρίς να έχει «καταπιεί» κάτι νέο, λένε οι επιστήμονες.

«Μας ξάφνιασε εντελώς, κανείς δεν έχει δει ξανά κάτι παρόμοιο», λέει η Ιβέτ Σεντ, ερευνήτρια στο Κέντρο Αστροφυσικής του Harvard & Smithsonian (CfA) και επικεφαλής μιας νέας μελέτης, που αναλύει το φαινόμενο.

Η ομάδα καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η μαύρη τρύπα εκτοξεύει τώρα υλικό που ταξιδεύει με τη μισή ταχύτητα του φωτός, αλλά δεν είναι σίγουροι γιατί η αποβολή έγινε τόσα χρόνια μετά. Τα αποτελέσματα, που περιγράφονται αυτήν την εβδομάδα στο Astrophysical Journal, μπορεί να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τη συμπεριφορά σίτισης των μαύρων τρυπών, την οποία η Σεντ παρομοιάζει με «ερυγή» (σ.σ.: ρέψιμο), μετά από ένα γεύμα.

Όταν τα αστέρια πλησιάζουν σε μαύρες τρύπες

Η ομάδα εντόπισε το συμβάν κατά την επανεξέταση των γεγονότων παλιρροϊκής διαταραχής (TDEs) (όταν τα αστέρια πλησιάζουν σε μαύρες τρύπες και καταστρέφονται) που συνέβησαν τα τελευταία χρόνια.

Ραδιοφωνικά δεδομένα από τη VLA στο Νέο Μεξικό έδειξαν ότι η μαύρη τρύπα είχε εμφανίσει σημάδια δραστηριότητας μυστηριωδώς τον Ιούνιο του 2021. Η Σεντ και η ομάδα της έσπευσαν να εξετάσουν το γεγονός πιο προσεκτικά.

«Κάναμε αίτηση σε πολλαπλά τηλεσκόπια για το «Director’s Discretionary Time», δηλαδή όταν βρίσκεις κάτι τόσο απροσδόκητο, δεν μπορείς να περιμένεις τον κανονικό κύκλο τηλεσκοπίων για να το παρατηρήσεις», εξηγεί η Σεντ. «Όλες οι αιτήσεις έγιναν άμεσα δεκτές».

Η ομάδα συνέλεξε παρατηρήσεις του φαινομένου, που ονομάστηκε AT2018hyz, σε πολλαπλά μήκη κύματος φωτός, χρησιμοποιώντας το VLA, το Παρατηρητήριο ALMA στη Χιλή, το MeerKAT στη Νότια Αφρική, το Αυστραλιανό Τηλεσκοπιο, το Παρατηρητήριο Ακτίνων Χ Chandra και το Παρατηρητήριο Neil Gehrels Swift στο διάστημα.

Οι παρατηρήσεις στα ραδιοκύματα αποδείχθηκαν οι πιο εντυπωσιακές.

«Μελετούμε φαινόμενα TDE με ραδιοτηλεσκόπια για περισσότερο από μια δεκαετία και μερικές φορές βρίσκουμε ότι λάμπουν, καθώς εκτοξεύουν υλικό, την ώρα που το αστέρι καταναλώνεται για πρώτη φορά από τη μαύρη τρύπα», λέει ο Έντο Μπέργκερ, καθηγητής αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και το CfA, και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης. «Αλλά στο AT2018hyz επικρατούσε ηρεμία για τα πρώτα τρία χρόνια. Τώρα είναι δραματικά φωτισμένο και αποτελεί ένα από τα πιο φωτεινά TDE που έχουν παρατηρηθεί ποτέ».

Ο Σεμπάστιαν Γκόμεζ, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου και συν-συγγραφέας της νέας εργασίας, λέει ότι το AT2018hyz δεν ήταν αξιοσημείωτο το 2018, όταν το μελέτησε για πρώτη φορά, χρησιμοποιώντας τηλεσκόπια ορατού φωτός, συμπεριλαμβανομένου του τηλεσκοπίου 1,2 μέτρων στο Αστεροσκοπείο Fred Lawrence Whipple στην Αριζόνα.

Ο Γκόμεζ, ο οποίος εργαζόταν στη διδακτορική του διατριβή με τον Μπέργκερ εκείνη την εποχή, χρησιμοποίησε θεωρητικά μοντέλα για να υπολογίσει ότι το αστέρι που σχίστηκε από τη μαύρη τρύπα ήταν μόνο το ένα δέκατο της μάζας του ήλιου μας.

«Παρακολουθήσαμε το AT2018hyz στο ορατό φως για αρκετούς μήνες έως ότου εξαφανίστηκε και μετά το αφήσαμε», λέει ο Γκόμεζ.

Τα TDE είναι γνωστό ότι εκπέμπουν φως, όταν συμβαίνουν. Όταν ένα αστέρι πλησιάζει σε μια μαύρη τρύπα, οι βαρυτικές δυνάμεις αρχίζουν να τεντώνουν το αστέρι. Τελικά, το επίμηκες υλικό περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα και θερμαίνεται, δημιουργώντας μια λάμψη που οι αστρονόμοι μπορούν να εντοπίσουν από εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Τεμαχισμένο υλικό εκτοξεύεται περιστασιακά στο διάστημα. Οι αστρονόμοι το παρομοιάζουν «ακατάστατη προσπάθεια κατανάλωσης» με τις μαύρες τρύπες να μην καταφέρνουν να «φάνε» όλο το υλικό.

Η «κοσμική ερυγή»

Αλλά η εκροή του περισσευούμενου υλικού συνήθως αναπτύσσεται αμέσως μετά την εμφάνιση του φαινομένου, όχι χρόνια αργότερα. «Είναι σαν αυτή η μαύρη τρύπα να έχει αρχίσει να βγάζει απότομα υλικό από το αστέρι που έφαγε πριν από χρόνια», εξηγεί η Σεντ.

Η εκροή υλικού μπορεί να φτάσει και το 50% της ταχύτητας του φωτός. Συγκριτικά, τα περισσότερα TDE έχουν εκροή που ταξιδεύει με το 10% της ταχύτητας του φωτός, λέει η Σεντ.

«Είναι η πρώτη φορά που γινόμαστε μάρτυρες μιας τόσο μεγάλης καθυστέρησης μεταξύ της σίτισης και της εκροής», λέει ο Μπέργκερ. «Το επόμενο βήμα είναι να διερευνήσουμε εάν αυτό συμβαίνει στην πραγματικότητα πιο τακτικά και απλώς δεν έχουμε εξετάσει ικανοποιητικά τα TDE».