Swift odtwarza śmiertelną podroż gwiazdy do czarnej dziury

Jakieś 290 milionów lat temu gwiazda podobna do Słońca za bardzo zbliżyła się do centralnej czarnej dziury swojej galaktyki. Intensywne oddziaływania pływowe rozerwały gwiazdę  powodując przy tym erupcję promieniowania w zakresie optycznym, ultrafioletowym i rentgenowskim, które dotarło do Ziemi w 2014 roku. Teraz zespół naukowców analizujący dane obserwacyjne z satelity Swift odtworzył mapę źródeł emisji poszczególnych części promieniowania z tego zdarzenia oznaczonego jako ASASSN-14li.

Odkryliśmy zmiany jasności w zakresie rentgenowskim, które pojawiły się około miesiąc po tym jak podobne zmiany obserwowaliśmy w zakresie widzialnym i ultrafioletowym”,  mówi Dheeraj Pasham, astrofizyki z MIT w Cambridge, MA i główny autor opracowania. „Uważamy, że to oznacza, że promieniowanie w zakresie optycznym i ultrafioletowym zostało wyemitowane z dala od czarnej dziury, w miejscach gdzie eliptyczne strumienie orbitującej materii zderzały się ze sobą.”

Astronomowie uważają, że ASASSN-14li to zdarzenie, w którym gwiazda podobna do Słońca za bardzo zbliżyła się do czarnej dziury o masie około 3 milionów mas Słońca (podobnej do czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej). Dla porównania, horyzont zdarzeń takiej czarnej dziury jest  13-krotnie większy od rozmiarów Słońca, a dysk akrecyjny powstały z rozerwanej gwiazdy może rozciągać się na odległość ponad 300 milionów kilometrów.

Gdy gwiazda za bardzo zbliży się do czarnej dziury o masie 10 000 lub więcej mas Słońca, siły pływowe przeważają nad grawitacją gwiazdy i rozrywając ją zamieniają gwiazdę w strumień materii. Astronomowie nazywają takie zdarzenie rozerwaniem pływowym. Materia opadająca na czarną dziurę tworzy rotujący dysk akrecyjny, w którym ulega ściśnięciu i ogrzaniu jeszcze przed przekroczeniem horyzontu zdarzeń czyli punktu zza którego już nie jest w stanie uciec. Rozbłyski powstałe wskutek takiego rozerwania pływowego niosą wiele ważnych informacji o tym jak resztki gwiazdy tworzyły dysk akrecyjny.

Astronomowie wiedzą, że promieniowanie rentgenowskie w takim zdarzeniu powstaje bardzo blisko czarnej dziury. Jednak położenie źródła promieniowania optycznego i ultrafioletowego było nie do końca jasne. W wielu tego typu zjawiskach, takie promieniowanie znajdowało się znacznie dalej  od miejsca, w którym pływy czarnej dziury były w stanie zniszczyć gwiazdę. Co więcej, gaz emitujący to promieniowanie wydawał się utrzymywać stałą temperaturę znacznie dłużej niż oczekiwano.

ASASSN-14li zostało dostrzeżone 22 listopada 2014 roku na zdjęciach uzyskanych przez ASASSN (All Sky Automated Survey for SuperNovae), który obejmuje teleskopy robotyczne na Hawajach i w Chile. Dalsze obserwacje za pomocą teleskopów rentgenowskiego i ultrafioletowego satelity Swift rozpoczęły się osiem dni później i powtarzane były co kilka dni przez kolejne dziewięć miesięcy. Naukowcy uzupełnili zebrane w ten sposób dane danymi w zakresie optycznym zebranymi w Obserwatorium Las Cumbres w Kalifornii.

W artykule opisującym wyniki, a opublikowanym 15 marca w periodyku The Astrophysical Journal Letters, Pasham, Cenko i współpracownicy opisali w jaki sposób interakcje opadającej na czarną dziurę materii mogły spowodować powstanie obserwowanego promieniowania w zakresie optycznym i ultrafioletowym.

Szczątki gwiazdy początkowo opadające na czarną dziurę mijają ją, tworząc łuk i podążając po eliptycznej orbicie po pewnym czasie zderzając się z wciąż opadającym na czarną dziurę strumieniem.

Powracające z pobliża czarnej dziury odłamki uderzają w strumień na nią opadający co powoduje powstanie fal uderzeniowych emitujących promieniowanie widzialne i ultrafioletowe –  mówi Bradley Cenko, główny badacz misji Swift.

Źródło: NASA

Artykuł naukowy: http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa6003