Świecący dżet wyrzucany przez supermasywną czarną dziurę

Według astronoma z Uniwersytetu w Maryland, Igora Andreoniego, dzieje się w naszym kosmosie kilka rzeczy: najpierw gwiazda zostaje gwałtownie rozerwana przez grawitacyjne siły pływowe czarnej dziury – podobnie jak Księżyc wywołuje pływy na Ziemi, ale z większą siłą. Następnie, kawałki gwiazdy zostają schwytane w szybko wirujący dysk krążący wokół czarnej dziury. W końcu czarna dziura pochłania to, co pozostało z gwiazdy w dysku. Taką sytuację astronomowie nazywają zaburzeniem pływowym (TDE).

W niektórych, niezwykle rzadkich przypadkach, supermasywna czarna dziura po zniszczeniu gwiazdy wystrzeliwuje „relatywistyczne dżety” – wiązki materii poruszające się z prędkością bliską prędkości światła. Andreoni, który jest asystentem postdoktorskim w Departamencie Astronomii UMD i NASA Goddard Space Flight Center, odkrył jeden taki przypadek wraz ze swoim zespołem w przeglądzie Zwicky Transient Facility (ZTF) w lutym 2022 roku. Po tym jak grupa publicznie ogłosiła obserwację, zdarzenie nazwano „AT2022cmc”. Zespół opublikował swoje ustalenia w czasopiśmie Nature 30 listopada 2022 roku.

„Ostatni raz naukowcy odkryli jeden z tych dżetów dobrze ponad dekadę temu” – powiedział Michael Coughlin, adiunkt astronomii na University of Minnesota Twin Cities i współprowadzący projekt. „Z danych, które mamy, możemy oszacować, że relatywistyczne dżety są uruchamiane w zaledwie 1% tych destrukcyjnych zdarzeń, co czyni AT2022cmc niezwykle rzadkim przypadkiem. W rzeczywistości, świetlisty błysk z tego zdarzenia należy do najjaśniejszych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano.”

Przed AT2022cmc, jedyne dwie wcześniej znane dżetowe TDE zostały odkryte dzięki misjom kosmicznym w zakresie promieniowania gamma, które wykrywają najwyższe energetyczne formy promieniowania wytwarzane przez te dżety. Ponieważ ostatniego takiego odkrycia dokonano w 2012 roku, potrzebne były nowe metody, aby znaleźć więcej zdarzeń tej natury. Aby pomóc w zaspokojeniu tej potrzeby, Andreoni i jego zespół wdrożyli nowatorską taktykę „big picture” w celu znalezienia AT2022cmc: naziemne przeglądy optyczne, czyli ogólne mapy nieba bez konkretnych celów obserwacyjnych. Używając ZTF, szerokopasmowego przeglądu nieba wykonanego przez Samuel Oschin Telescope w Kalifornii, zespół był w stanie zidentyfikować i wyjątkowo zbadać inaczej wyglądającą uśpioną czarną dziurę.

„Stworzyliśmy otwarty potok danych, który przechowuje i wydobywa ważne informacje z przeglądu ZTF i ostrzega nas o nietypowych zdarzeniach w czasie rzeczywistym” – wyjaśnił Andreoni. „Szybka analiza danych ZTF, odpowiednik miliona stron informacji każdej nocy, pozwoliła nam szybko zidentyfikować TDE z relatywistycznymi dżetami i wykonać obserwacje uzupełniające, które ujawniły wyjątkowo wysoką jasność w całym spektrum elektromagnetycznym, od promieniowania X do milimetrów i radia”.

Obserwacje follow up z wieloma obserwatoriami potwierdziły, że AT2022cmc szybko zanikała, a ESO Very Large Telescope ujawnił, że AT2022cmc znajdowała się w kosmologicznej odległości, 8,5 miliarda lat świetlnych od nas.

Obrazy optyczne/podczerwone Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz obserwacje radiowe z Very Large Array wskazały położenie AT2022cmc z niezwykłą precyzją. Naukowcy uważają, że AT2022cmc znajdowała się w centrum galaktyki, która nie jest jeszcze widoczna, ponieważ światło z AT2022cmc ją przyćmiło, ale przyszłe obserwacje kosmiczne za pomocą Teleskopu Kosmicznego Hubble’a lub Jamesa Webba mogą odsłonić galaktykę, gdy transjent ostatecznie zniknie.

Nadal pozostaje tajemnicą, dlaczego niektóre TDE wystrzeliwują dżety, podczas gdy inne nie wydają się tego robić. Z obserwacji Andreoni i jego zespół wywnioskowali, że czarne dziury w AT2022cmc i innych podobnie dżetowych TDE prawdopodobnie szybko wirują, aby zasilić niezwykle jasne dżety. To sugeruje, że szybki obrót czarnej dziury może być jednym z niezbędnych składników do uruchomienia dżetów — pomysł, który przybliża naukowców do zrozumienia fizyki supermasywnych czarnych dziur w centrum galaktyk oddalonych o miliardy lat świetlnych.

„Astronomia szybko się zmienia” – powiedział Andreoni. „Więcej optycznych i podczerwonych przeglądów all-sky jest obecnie aktywnych lub wkrótce wejdzie do sieci. Naukowcy mogą użyć AT2022cmc jako modelu tego, czego szukać i znaleźć więcej zdarzeń zakłócających z odległych czarnych dziur. Oznacza to, że bardziej niż kiedykolwiek, eksploracja dużych danych jest ważnym narzędziem do postępu naszej wiedzy o wszechświecie.”

Źródło: University of Maryland