Astronomer bevittnar ett mellanvikt svart hål som slukar en stjärna

Lite mindre än för en miljard år sedan passerade en stjärna lite för nära ett svart hål. Under den enorma gravitationspåfrestningen svällde den och svällde när den värmdes innan dess gas avlägsnades i det svarta hålets ackretionsskiva, vilket skickade en ström av gas som kokade genom massan som virvlade ner i händelsehorisonten. När det matade det svarta hålet, en kortlivad ny ljuspunkt i mitten av en galax – ljus som precis anlände till jordbaserade teleskop.

Hur våldsamt det än är, är det också vanligtvis vardagligt. Men i det här fallet, enligt en tidning som publicerades idag i Natur astronomi, det svarta hålet var inte alls lika stort som vanligt. Medan normala galaxer anses ha massiva svarta hål i mitten, var den här – i en dvärggalax som liknar en Vintergatans följeslagsgalax som kallas Stora Magellanska molnet – bara en bråkdel av sin storlek, men den kan innehålla nycklar för att förstå hur De allra största svarta hålen bildas.

VAD ÄR NYTT – Det svarta hålet, AT 2020neh, är ett av bara ett dussin svarta hål som till fullo har observerats under en tidvattenavbrottshändelse. När stjärnan matar det svarta hålet, producerar gasens densitet och högenergistrålningskällan “dessa lysande strålar av strålning som vi kallar en transithändelse”, förklarar huvudförfattaren Charlotte Angus.

Den kortlivade nya ljuspunkten, berättar hon Omvänd, “utvecklas på mänskliga tidsskalor.” Istället för att fluktuera över sekunder eller decennier, “tar de vanligtvis några veckor att stiga till sin absoluta maximala ljusstyrka” och sjunker sedan på ungefär samma tid.

Detta innebär att skickliga astronomer kan observera hela processen för den passerande stjärnans ansamling i det svarta hålet – och det ger dem ett viktigt verktyg för att förstå hur svarta hål växer.

Hubble-bild av AT 2020neh.NASA, ESA, Ryan Foley/UC Santa Cruz

VARFÖR DET BETYDER – I hjärtat av galaxer, inklusive våra egna, lurar supermassiva svarta hål. Men var kommer de ifrån innan de är så, ja, supermassiva?

I större galaxer som vår egen Vintergatan finns det ett tydligt och förståeligt samband mellan massan av en galax och massan av det svarta hålet i dess djup. Men för mindre galaxer som Stora Magellanska molnet är det mycket mindre tydligt.

“Det är väldigt svårt att identifiera svarta hål. De är väldigt svaga system, så normalt måste man identifiera dem genom aktiv galaktisk aktivitet och pågående ackretion, men det är väldigt svagt och väldigt svårt att identifiera, förklarar Agnus. Det betyder att när svarta hål blir mindre blir de svårare och svårare att upptäcka – och svårare och svårare att bestämma storleken.

Men om du kunde samla tillräckligt många av dem, skulle den matematiken kunna förändras: om du kunde hitta tillräckligt många svarta hål med medelmassa kan du börja begränsa förhållandet mellan de svarta hålen med medelmassa och dvärggalaxerna som hyser dem. Och när astronomer väl kan börja begränsa det förhållandet, förklarar Angus, kan de börja sluta sig till vad den såddmekanism som låter dessa svarta hål med mellanmassa växa till supermassiva bara kan vara.

Vera Rubin-observatoriet kommer att övervaka himlen natt efter natt och leta efter tidvattenstörningar, bland andra observationer.LSST Project/NSF/AURA

VAD KOMMER HÄRNÄST – Just nu är AT 2020neh ett av bara en handfull kända svarta hål i sin klass. Men det är på väg att ändras.

När Vera Rubin-observatoriet kommer online, säger Angus, “vi kommer att hitta tusentals, hundratusentals transienter” och hitta dem “på en mycket, väldigt kort – nattlig! — grund.”

Till skillnad från nu, där bara en handfull svarta hål med medelmassa har identifierats, kommer astronomer plötsligt att finna sig själva med det motsatta problemet: att hitta så många att de överväldigar de system som de för närvarande använder för att identifiera transiterande svarta hål. För att bekräfta att det var vad det såg ut att vara – att det var en tidvattenavbrottshändelse och inte, säg, slumpmässiga kosmiska strålar – litade teamet på spektroskopiskt “Vi kommer inte att ha tid att ta ett spektrum av allt vi ser , förklarar Angus.

Förhoppningsvis kommer identifiering av transienter som AT 2020neh att hjälpa till att hitta ett sätt att kringgå detta problem. Efter att 2020 neh först upptäcktes kunde Angus och hennes team observera det med en mängd olika metoder: fotografering, spektroskopi och observationer från Neil Gehrels Swift Observatory (som mäter gammastrålningskurar), Very Large Array och Hubble rymdteleskop.

De olika metoderna, hoppas Angus, kommer att hjälpa till att ta reda på hur ett svart hål med medelstor massa ser ut med Vera Rubin-observatoriets undersökningsteleskop när det börjar arbeta vid foten av Anderna 2024.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *