Wirująca czarna dziura pożerająca gwiazdę tłumaczy bardzo jasne zjawisko

Wizja artystyczna przedstawiająca rozerwaną gwiazdę na tle supermasywnej czarnej dziury
Wizja artystyczna przedstawiająca rozerwaną gwiazdę na tle supermasywnej czarnej dziury

O wyjątkowo jasnym punktowym źródle światła dostrzeżonym w odległej galaktyce i oznaczone jako ASASSN-15lh mówiono, że to najjaśniejsza dotąd zarejestrowana supernowa. Jednak nowe obserwacje wykonane z kilku niezależnych obserwatoriów, w tym ESO,  rzuciły spory cień na takie wytłumaczenie. Grupa astronomów uważa, że w tym przypadku mamy do czynienia z bardziej ekstremalnym i rzadszym zdarzeniem – według nich mogliśmy obserwować rozrywanie gwiazdy przez szybko rotującą czarną dziurę.

W 2015 roku, w ramach przeglądu nieba ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) wykryto zdarzenie (później skatalogowane jako ASASSN-15lh), które zaklasyfikowano jako rekordowo jasną supernową zwaną super-jasną supernową, która jest eksplozją ekstremalnie masywnej gwiazdy kończącej jej życie. ASASSN-15lh jasnością dwukrotnie przebiła poprzednią rekordzistkę gdy w szczycie jasności świeciła 20 razy jaśniej niż cała Droga Mleczna.

Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez Giorgosa Leloudasa z Wiezmann Institute of Science w Izraelu oraz Dark Cosmology Centre w Danii wykonał teraz dodatkowe obserwacje odległej galaktyki, znajdującej się jakieś 4 miliardy lat świetlnych od Ziemi, w której miało dojść do eksplozji. Efektem obserwacji propozycja nowego wytłumaczenia tego wyjątkowego zdarzenia.

„Obserwowaliśmy to źródło przez 10 miesięcy od zdarzenia i doszliśmy do wniosku, że prawdopodobnie nie była to wyjątkowo jasna supernowa. Nasze wyniki wskazują, że najprawdopodobniej była to szybko rotująca super-masywna czarna dziura rozrywająca mało-masywną gwiazdę,” tłumaczy Leloudas.

W tym scenariuszu, ekstremalne oddziaływanie grawitacyjne ze strony super-masywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum galaktyki rozerwały gwiazdę podobną do Słońca, która za bardzo zbliżyła się do niej – to zjawisko, które w tak dużej odległości obserwowano zaledwie 10 razy. W trakcie procesu, gwiazda uległa „spagetyfikacji” a fale uderzeniowe powstałe w skutek zderzeń odłamków jak również ciepło pochodzące z akrecji doprowadziły do potężnego rozbłysku. To właśnie dlatego zdarzenie to na pierwszy rzut oka było wyjątkowo jasną supernową, mimo że gwiazda miała za małą masę, aby mogła eksplodować jako supernowa.

Supermasywna czarna dziura otoczona odłamkami rozerwanej gwiazdy
Supermasywna czarna dziura otoczona odłamkami rozerwanej gwiazdy

Zespół oparł swoje wnioski na obserwacjach wykonanych teleskopami naziemnymi jak i kosmicznymi, wśród których znalazły się Bardzo Duży Teleskop (VLT) z Obserwatorium ESO w Paranal, New Technology Telescope z Obserwatorium ESO w La Silla czy Kosmiczny Teleskop ubble’a. Obserwacje za pomocą NTT wykonano w ramach przeglądu PESSTO (Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects).

„Istnieje kilka niezależnych aspektów obserwacji, które wskazują, że mieliśmy do czynienia z rozerwaniem pływowym a nie z jasną supernową,” tłumaczy współautor Morgan Fraser z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii.

Dane wykazały, że całe zdarzenie składało się z trzech wyraźnych faz obserwowanych w ciągu 10 miesięcy obserwacji dodatkowych. Dane znacznie bardziej pasują do tego czego oczekiwalibyśmy od rozerwania pływowego niż od super-jasnej supernowej. Obserwowane ponownej pojaśnienie w ultrafiolecie jak również wzrost temperatury zmniejszają prawdopodobieństwo, że to była supernowa. Co więcej, miejsce w którym doszło do eksplozji – czerwona, masywna i bierna galaktyka – to nietypowe miejsce na super-jasną supernową, bowiem takie zdarzenia zazwyczaj obserwuje się w niebieskich galaktykach karłowatych, w których zachodzą jasne procesy gwiazdotwórcze.

Należy zauważyć, że choć zespół naukowców doszedł do wniosku, że hipoteza mówiąca o supernowej jest mało prawdopodobna, to klasyczne rozerwanie pływowe także nie stanowi odpowiedniego wyjaśnienia obserwowanego zjawiska. Członek zespołu Nicholas Stone z Columbia University tłumaczy: „Rozerwania pływowego z którym mamy tutaj do czynienia nie można wytłumaczyć nierotującą supermasywną czarną dziurą. Zakładamy, że ASASSN-15lh to rozerwanie pływowe spowodowane przez  szczególny rodzaj czarnej dziury.”

Masa galaktyki macierzystej wskazuje, że super-masywna czarna dziura w jej centrum musi charakteryzować się masą co najmniej 100 milionów mas Słońca. Czarna dziura o tej masie nie byłaby w stanie rozerwać gwiazdy znajdującej się poza jej horyzontem zdarzeń. Jednak, jeżeli czarna dziura jest szybko rotującą czarną dziurą, tak zwaną czarną dziurą Kerra – sytuacja się zmienia, i to ograniczenie jej już nie dotyczy.

„Mimo wszystkich zebranych przez nas danych, nie jesteśmy w stanie powiedzieć ze 100-procentową pewnością, że ASASSN-15lh to było rozerwanie pływowe. Jest to jednak najbardziej prawdopodobne wytłumaczenie,” dodaje Leloudas.

Źródło: ESO