Astronomer har været vidne til den energiske aktivering af et sort hul

Et hold af astronomer ledet af forskere fra University of Birmingham, University College London og King's University Belfast har opdaget en af ​​de mest dramatiske sorte hul "switch-ons" nogensinde observeret. De præsenterer deres resultater tirsdag den 4. juli kl Nationalt astronomisk møde 2023 i Cardiff.

J221951-484240, kendt som J221951, er en af ​​de lyseste transienter - astrofysiske objekter, der ændrer deres lysstyrke over en kort periode - nogensinde er registreret. Det blev opdaget af Dr. Samantha Oates, en astronom ved University of Birmingham, og hendes team i september 2019, mens de søgte efter elektromagnetisk lys fra en gravitationsbølge. Holdet brugte de ultraviolette og optiske teleskoper ombord på Neil Gerrells Swift Observatory til at lede efter en kilonova, signaturen på en neutronstjerne, der smelter sammen med en anden neutronstjerne eller sort hul. Normalt ser kilonovaen blå ud, forsvinder derefter og bliver rød inden for et par dage. I stedet fandt de noget endnu mere usædvanligt: ​​J221951. Det så blåt ud, men det ændrede ikke farve eller falmede så hurtigt som kilonova.

Adskillige teleskoper blev brugt til at observere J221951 og bestemme dens natur, herunder NASAs Swift/UVOT- og Hubble-rumteleskoper, South African Large Telescope og ESO-instrumenter såsom Very Large Telescope og GROND-instrumentet på MPG/ESO 2,2-meter-teleskopet i observatoriet i La Silla.

Spektret af J221951 opnået af Hubble-rumteleskopet udelukkede en gravitationsbølgeforbindelse af J221951. Ved at studere lysspektret af J221951 var Dr. Oates og hendes team i stand til at fastslå, at kilden er omkring 10 milliarder lysår væk, i modsætning til gravitationsbølgesignalet, som blev detekteret mindre end 0,5 milliarder lysår væk. Det faktum, at det lyser så kraftigt på så stor en afstand, gør J221951 til en af ​​de klareste transienter, der nogensinde er opdaget.

Beviser tyder på, at J221951 blev dannet som et resultat af et supermassivt sort hul, der absorberede det omgivende materiale meget hurtigt. En rød galakse blev observeret ved J221951 før dens opdagelse, og placeringen af ​​J221951 er i overensstemmelse med centrum af galaksen, hvor et massivt sort hul naturligt burde opholde sig. Det begyndte at gløde meget pludseligt - omkring 10 måneder før det første gang blev opdaget - hvilket betyder, at det sorte hul begyndte at spise meget hurtigt efter at have været stille i et stykke tid. Det ultraviolette spektrum viser absorptionsegenskaber, der stemmer overens med materiale skubbet udad af en enorm energifrigivelse. Dette, kombineret med den høje lysstyrke, gør dette til et af de mest dramatiske sorte hul "tændinger" nogensinde observeret.

Holdet identificerede to mulige mekanismer, der kunne forklare så ekstrem fodring af et supermassivt sort hul. Den første er, at den kunne være forårsaget af en tidevandsforstyrrelse - ødelæggelsen af ​​en stjerne, når den passerer tæt på det supermassive sorte hul i centrum af sin galakse. Den anden mulighed er, at det kunne være forårsaget af en aktiv galaktisk kerne, der "ændrede sin tilstand" fra hvilende til aktiv. J221951 ville så signalere, at det sovende sorte hul i centrum af værtsgalaksen er begyndt at fodre på materiale fra tilvækstskiven.

Dr. Matt Nicholl, et teammedlem fra King's University Belfast, sagde: "Vores forståelse af de forskellige ting, som supermassive sorte huller kan gøre, er blevet meget udvidet i de senere år, takket være opdagelsen af ​​stjerneudbrud og tilvækst af sorte huller med ekstremt varierende lysstyrker. " Han tilføjer: "J221951 er et af de mest ekstreme eksempler på et sort hul, der overrasker os. Yderligere observation af J221951 for at bestemme den samlede energifrigivelse kan give os mulighed for at afgøre, om dette er en tidevandsabsorption af stjernen af ​​et hurtigt roterende sort hul eller en ny slags AGN-tænding."

Dr. N. Paul Quinn, et andet teammedlem fra Space Science Laboratory. Mallard ved University College London sagde: "Nøgleopdagelsen var, at det ultraviolette spektrum opnået af Hubble udelukkede en galaktisk oprindelse. Dette viser, hvor vigtigt det er at bevare den rumbaserede UV-spektrografs muligheder i fremtiden."

Dr. Samantha Oates tilføjer: "I fremtiden vil vi muligvis være i stand til at få vigtige spor for at skelne en tidevandsforstyrrelse fra aktive galaktiske kernescenarier. For eksempel, hvis J221951 er forbundet med en supernova, der tænder, kan vi forvente, at den holder op med at falme og vokse i lysstyrke igen, mens hvis J221951 er en tidevandsforstyrrelse, vil vi forvente, at den fortsætter med at falme. Vi bliver nødt til at fortsætte med at observere J221951 i løbet af de næste par måneder og år for at fange dens sene adfærd."

Læs også:

• Det supermassive sorte hul Sagittarius A* vågnede op for 200 år siden
• Et udstødt sort hul ræser gennem rummet ledsaget af en hale af babystjerner