Astronomer har vært vitne til den energiske aktiveringen av et sort hull

Et team av astronomer ledet av forskere fra University of Birmingham, University College London og King's University Belfast har oppdaget en av de mest dramatiske "switch-ons" for svarte hull som noen gang er observert. De presenterer resultatene sine tirsdag 4. juli kl Nasjonalt astronomisk møte 2023 i Cardiff.

J221951-484240, kjent som J221951, er en av de lyseste transientene – astrofysiske objekter som endrer lysstyrken over kort tid – som noen gang er registrert. Det ble oppdaget av Dr Samantha Oates, en astronom ved University of Birmingham, og teamet hennes i september 2019 mens de søkte etter elektromagnetisk lys fra en gravitasjonsbølge. Teamet brukte de ultrafiolette og optiske teleskopene ombord på Neil Gerrells Swift Observatory for å se etter en kilonova, signaturen til en nøytronstjerne som smelter sammen med en annen nøytronstjerne eller et svart hull. Vanligvis ser kilonovaen blå ut, blekner deretter og blir rød i løpet av få dager. I stedet fant de noe enda mer uvanlig: J221951. Det så blått ut, men det endret ikke farge eller bleknet like raskt som kilonova.

Flere teleskoper ble brukt til å observere J221951 og bestemme dens natur, inkludert NASAs Swift/UVOT- og Hubble-romteleskoper, South African Large Telescope og ESO-instrumenter som Very Large Telescope og GROND-instrumentet på MPG/ESO 2,2-meters teleskopet i observatoriet til La Silla.

Spekteret til J221951 oppnådd av Hubble-romteleskopet utelukket en gravitasjonsbølgeforbindelse til J221951. Ved å studere lysspekteret til J221951, klarte Dr. Oates og teamet hennes å fastslå at kilden er omtrent 10 milliarder lysår unna, i motsetning til gravitasjonsbølgesignalet, som ble oppdaget mindre enn 0,5 milliarder lysår unna. Det faktum at den skinner så sterkt på så stor avstand gjør J221951 til en av de lyseste transientene som noen gang er oppdaget.

Bevis tyder på at J221951 ble dannet som et resultat av et supermassivt sort hull som absorberte det omkringliggende materialet veldig raskt. En rød galakse ble observert ved J221951 før den ble oppdaget, og plasseringen av J221951 er i samsvar med sentrum av galaksen, der et massivt svart hull naturlig burde ligge. Det begynte å gløde veldig plutselig - omtrent 10 måneder før det først ble oppdaget - noe som betyr at det sorte hullet begynte å spise veldig raskt etter å ha vært stille en stund. Det ultrafiolette spekteret viser absorpsjonsegenskaper i samsvar med materiale presset utover av en enorm energifrigjøring. Dette, kombinert med den høye lysstyrken, gjør dette til en av de mest dramatiske svarte hull-"tenn-ons" som noen gang er observert.

Teamet identifiserte to mulige mekanismer som kan forklare så ekstrem mating av et supermassivt sort hull. Den første er at den kan ha vært forårsaket av en tidevannsforstyrrelse – ødeleggelsen av en stjerne når den passerer nær det supermassive sorte hullet i sentrum av galaksen. Det andre alternativet er at det kan ha vært forårsaket av en aktiv galaktisk kjerne som "endret tilstand" fra sovende til aktiv. J221951 vil da signalisere at det sovende sorte hullet i sentrum av vertsgalaksen har begynt å mate på materiale fra akkresjonsskiven.

Dr Matt Nicholl, et teammedlem fra King's University Belfast, sa: "Vår forståelse av de forskjellige tingene som supermassive sorte hull kan gjøre har utvidet seg kraftig de siste årene, takket være oppdagelsen av stjerneutbrudd og akkresjon av sorte hull med ekstremt varierende lysstyrker. " Han legger til: «J221951 er et av de mest ekstreme eksemplene på et sort hull som overrasker oss. Ytterligere observasjon av J221951 for å bestemme den totale energifrigjøringen kan tillate oss å avgjøre om dette er en tidevannsabsorpsjon av stjernen av et raskt roterende sort hull eller en ny type AGN-tenning.»

Dr. N. Paul Quinn, et annet teammedlem fra Space Science Laboratory oppkalt etter Mallard ved University College London sa: "Nøkkeloppdagelsen var at det ultrafiolette spekteret oppnådd av Hubble utelukket en galaktisk opprinnelse. Dette viser hvor viktig det er å opprettholde egenskapene til den rombaserte UV-spektrografen i fremtiden."

Dr. Samantha Oates legger til: "I fremtiden kan vi kanskje få viktige ledetråder for å skille en tidevannsforstyrrelse fra aktive galaktiske kjerne-scenarier. For eksempel, hvis J221951 er assosiert med en supernova som slås på, kan vi forvente at den slutter å falme og vokse igjen i lysstyrke, mens hvis J221951 er en tidevannsforstyrrelse, vil vi forvente at den fortsetter å falme. Vi må fortsette å observere J221951 i løpet av de neste månedene og årene for å fange opp den sene oppførselen."

Les også:

• Det supermassive sorte hullet Sagittarius A* våknet for 200 år siden
• Et utstøtt svart hull raser gjennom verdensrommet akkompagnert av en hale av babystjerner