Spagettizálódott egy csillag - az ESO távcsöve örökítette meg a halálát

Művészi ábra arról, amint egy csillagot beszippant a fekete lyuk

Az Európai Déli Obszervatórium (ESO) és világszerte több más szervezet távcsöveit használva csillagászok egy szupernagy tömegű fekete lyuk által szétszaggatott csillag ritka felvillanását örökítették meg. Jelenleg a 215 millió fényév távolságban bekövetkezett, ún. árapály-katasztrófa (tidal disruption event, TDE) a legközelebbi ilyen jellegű felvillanás, amelyet minden eddiginél részletesebben sikerült tanulmányozni. A kutatás eredményeit bemutató szakcikk ma jelent meg a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóiratban.

„Sci-fibe illően hangzik az elképzelés, hogy egy fekete lyuk 'elnyel' egy közeli csillagot, de valójában tényleg ez történik egy árapály-katasztrófa közben" – kezdi Matt Nicholl, a Birminghami Egyetem (Egyesült Királyság) oktatója, a Royal Astronomical Society kutatási ösztöndíjasa, az új tanulmány vezető szerzője. Azonban ezek az árapály-katasztrófák – amikor a csillag a spagettizálódás néven ismert jelenségnek esik áldozatul, miközben a fekete lyuk elnyeli – nagyon ritkák, és általában a vizsgálatuk sem egyszerű.

A kutatócsoport az ESO Nagyon Nagy Távcsövét (VLT) és Új Technológiájú Távcsövét (NTT) fordította a szupernagy tömegű fekete lyuk közelében tavaly feltűnt fényfelvillanás irányába, hogy részleteiben is tanulmányozhassa, mi történik, amikor egy ilyen szörnyeteg elnyel egy csillagot.

Az illusztráció egy olyan csillagot (az előtérben) mutat, amely éppen spagettizálódik egy ún. „árapály-katasztrófa” során, mielőtt elnyeli egy szupernagy tömegű fekete lyuk (a háttérben). Az ESO Nagyon Nagy Távcsöve és Új Technológiájú Távcsöve által gyűjtött adatokon alapuló új vizsgálatban egy csillagászcsoport megállapította, hogy egy fekete lyuk intenzív anyagáramot indíthat el kifelé, miközben elnyel egy csillagot Forrás: ESO/M. Kornmesser

A csillagászok pontosan tudják, hogy elméletben minek kell történnie. „Amikor egy peches csillag túlságosan közel kerül egy galaxis centrumában helyet foglaló szupernagy tömegű fekete lyukhoz, annak szélsőségesen erős gravitációs vonzása vékony anyagáramokká szaggatja a csillagot" – magyarázza Thomas Wevers, aki jelenleg az ESO ösztöndíjasa Santiagóban, de a kutatás vezetésekor még a Cambridge-i Egyetem (Egyesült Királyság) Csillagászati Intézetében dolgozott. Amint a csillaganyag vékony foszlányai a spagettizálódás során a fekete lyukba hullanak, fényes energiakitöréseket produkálnak, amelyeket a csillagászok detektálhatnak.

Bár nagy energiájúak és fényesek, eddig a csillagászok nem nagyon tudták tanulmányozni ezeket a fényfelvillanásokat, mivel gyakran por- és törmelékfüggöny rejti el azokat. Most azonban kiderült ennek az álcának az eredete is.

„Úgy gondoljuk, hogy amikor a fekete lyuk felfalja a csillagot, intenzív anyagáramot indíthat el kifelé, amely aztán eltakarja előlünk a kilátást" – magyarázza Samantha Oates, aki szintén a Birminghami Egyetem munkatársa. A csillag anyagának bekebelezése közben felszabaduló energia hajtja kifelé a megmaradt törmeléket.

Maga a mostani felfedezés azért vált lehetővé, mert a csoport által tanulmányozott AT2019qiz katalógusjelű árapály-katasztrófát a csillag szétszakadása után rövid idővel detektálták. „Mivel nagyon korán elcsíptük, valójában láthattuk a por- és törmelékfüggöny legördülését, amint a fekete lyuk útjára indította az erőteljes, 10 000 km/s sebességet is elérő anyagkiáramlást" – emeli ki Kate Alexander, a NASA Einstein-ösztöndíjasa (Northwestern University, Amerikai Egyesült Államok). „Ez az egyedülálló 'függöny mögé kukucskálás' nyújtotta az első lehetőséget a kilátást eltakaró anyag eredetének megállapításához, illetve tette lehetővé a valós időben történő végigkövetését annak, hogy az miként fedi el a fekete lyukat."

A csoport az Eridanus csillagkép irányában megfigyelhető spirálgalaxisban feltűnt AT2019qiz jelű felvillanás fényességének felfutását, majd az azt követő halványodást követte hat hónapon keresztül. „Több égboltfelmérő program is detektált az új árapály-katasztrófától származó emissziót, mégpedig nagyon rövid idővel azután, hogy a csillag darabjaira szakadt" – jegyzi meg Wevers. „Azonnal földi és űrtávcsöveket fordítottunk az adott irányba, hogy láthassuk, hogyan keletkezett a fény."

A kép az AT2019qiz égi pozíciója körüli területet ábrázolja. A forrás a Digitized Sky Survey 2 alapján készült kép középpontjának közelében látható Forrás: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

A következő hónapokban számos észlelés során vizsgálták az eseményt többek között az ESO chilei VLT és NTT távcsöveinek X-shooter és EFOSC2 műszereivel. Az azonnali és kiterjedt ultraibolya, optikai, röntgen- és rádióészlelések először világítottak rá a csillagról kiáramló anyag és a fekete lyuk általi bekebelezés okozta fényes felvillanás közti közvetlen kapcsolatra. „A megfigyelések szerint a csillag tömege nagyjából akkora volt, mint a Napé, és ennek kb. felét veszítette el a milliószor nagyobb tömegű fekete lyukkal történt kölcsönhatás következtében" – mondja Nicholl, aki az Edinburgh-i Egyetem vendégkutatója is.

A kutatás segít a szupernagy tömegű fekete lyukak és az anyag szélsőséges gravitációs viszonyok közötti viselkedésének jobb megértésében. A kutatócsoport szerint az AT2019qiz az árapály-katasztrófák jövőbeli megfigyeléseinek értelmezésében a „rosette-i kő" szerepét töltheti be. Az ESO tervek szerint még ebben az évtizedben üzembe álló Rendkívül Nagy Távcsöve (ELT) lehetővé teszi majd, hogy a kutatók sokkal halványabb és gyorsabban fejlődő árapály-katasztrófákat is detektálhassanak, ezáltal pedig a fekete lyukak fizikájának további rejtélyeit oldják meg.

Forrás: ESO