När en stjärna kommer för nära händelsehorisonten för ett supermassivt svart hål, stiger kraftiga tidvatten
1 mars 2021 under den automatiseradeForskare från Zwicky Transient Facility-all-sky-undersökningar har upptäckt tidvattenstörningen AT2021ehb för första gången. Dess källa var ett supermassivt svart hål i mitten av en galax som ligger bara 250 miljoner ljusår från jorden. Astrofysiker började observera nästan i början av förstörelsen, när den ännu inte hade nått sin topp, och studerade denna händelse i mer än ett år.
Vad hände?
Sedan upptäckten av AT2021ehb har flerateleskop har observerat vad som händer när en stjärna kommer för nära sitt svarta hål. Denna tidvattenavbrott ägde rum i en galax med ett centralt svart hål som var cirka 10 miljoner gånger solens massa.
Ett system som ligger bara 250 miljoner ljusår från jorden, blev det femte mest kända exemplet på förstörelsen av en stjärna av ett supermassivt svart hål. Men, till skillnad från närmare händelser, upptäcktes AT2021ehb ganska tidigt och studerades för första gången samtidigt inom röntgen-, ultraviolett-, optisk- och radioområdet.
Hur uppstår tidvattenavbrott?
När en stjärna kommer för nära svarthål, stark gravitation sträcker stjärnan tills den blir en lång flod av het gas. Gasflödet virvlar runt det svarta hålet, och dess partiklar kolliderar med varandra.
Man tror att gaskollisionen skapar chockvågor och utåtgående gasflöden som genererar strålning både i synligt ljus och i andra våglängdsområden (ultraviolett strålning och röntgenstrålar).
När tidvattenstörningen fortskridermaterialet börjar lägga sig i en skiva som kretsar kring det svarta hålet som vatten som snurrar genom ett avlopp, med friktionen som genererar lågenergiröntgenstrålar. I fallet med AT2021ehb inträffade hela denna serie av händelser från början av spaghettifiering av stjärnan till bildandet av skivan på bara 100 dagar.
Vad har astrofysiker lärt sig?
Cirka 300 dagar efter händelsentidvattenavbrott identifierades för första gången, började astrofysiker använda NASA:s NuSTAR-satellit (Nuclear Spectroscopic Telescopic Array) för att observera det svarta hålet. Detta är det mest röntgenkänsliga rymdteleskopet.
Satellit upptäcker koronamoln runt svarta håletvarm plasma kvar från stjärnan. Detta var extremt ovanligt, eftersom bildandet av en korona vanligtvis åtföljs av utstötningar av jetstrålar eller relativistiska jetstrålar - strömmar av plasma som flyr från mitten av ett svart hål. Det fanns dock inga jetplan i AT2021ehb.
Författarna till studien publicerade om dettavecka i Astrophysical Journal notera att koronor avger högre energi röntgenstrålar än någon annan del av ett svart hål, men astrofysiker vet fortfarande inte var plasman kommer ifrån eller exakt hur det blir så varmt.
Vi har aldrig sett en sådan tidvattenhändelseförstörelse med röntgenstrålar som denna, utan närvaro av en jet, och det är verkligen imponerande eftersom det betyder att vi potentiellt kan separera vad som orsakar jetstrålar och vad som orsakar coronas.
Yuhan Yao, doktorand vid Caltech Pasadena och huvudförfattare till studien
Forskarna noterar att aktuella observationerantyder att bildandet av ett svart håls korona "har något med magnetfält att göra." De hoppas att framtida observationer kommer att hjälpa till att förklara fysiken i denna process.
Vad är intressant med tidvattenavbrott?
De flesta supermassiva svarta hål är omgivna avhet gas som har ackumulerats under tusentals och miljoner år. Det är extremt svårt att studera dessa processer. Tidvattenstörningar inträffar nära svarta hål men varar bara några veckor eller månader. Samtidigt är de mycket ljusare än enskilda partiklar av damm och gas som bildar en skiva nära ett svart hål.
Ljusstyrka och kort varaktighet av händelsertidvattenavbrott hjälper astrofysiker att lära sig på en begränsad tid hur gravitationen hos ett svart hål styr materiepartiklar, vad svarta hål är och vilken fysik som är på gång vid händelsehorisonten.
Tidvattenstörning är ett slags rymdlaboratorium. De är vårt realtidsfönster in i det massiva svarta hålet som lurar i mitten av galaxen.
Suvi Gezari, astronom vid Space Telescope Science Institute i Baltimore och medförfattare till studien
Läs mer:
Einstein har fel igen och hans huvudteori skrevs om: hur det förändrar världen
Publicerad testvideo av världens första propeller med 11 blad
Det visade sig hur gammalt vattnet vi dricker idag
På omslaget: Konstnärlig illustration av AT2021ehb tidvattenstörning. Bild: NASA/JPL-Caltech