För första gången, astronomer har direkt avbildat bildandet och expansionen av en snabbrörlig stråle av material som kastas ut när den kraftfulla gravitationen av ett supermassivt svart hål slet isär en stjärna som vandrade för nära det kosmiska monstret.

Forskarna spårade händelsen med radio och infraröda teleskop, inklusive National Science Foundations Very Long Baseline Array (VLBA), i ett par kolliderande galaxer som kallas Arp 299, nästan 150 miljoner ljusår från jorden. I kärnan av en av galaxerna, ett svart hål 20 miljoner gånger mer massivt än solen strimlade en stjärna mer än två gånger solens massa, satte igång en kedja av händelser som avslöjade viktiga detaljer om det våldsamma mötet.

Endast ett litet antal av sådana stjärndödsfall, kallas tidvattenstörningar, eller TDE, har upptäckts, även om forskare har antagit att de kan vara en vanligare företeelse. Teoretiker föreslog att material som dras från den dömda stjärnan bildar en roterande skiva runt det svarta hålet, sänder ut intensiva röntgenstrålar och synligt ljus, och skickar även strålar av material utåt från skivans poler med nästan ljusets hastighet.

"Aldrig tidigare har vi direkt kunnat observera bildandet och utvecklingen av ett jetplan från en av dessa händelser, sade Miguel Perez-Torres, vid Astrophysical Institute of Andalusia i Granada, Spanien.

Den första indikationen kom den 30 januari, 2005, när astronomer som använde William Herschel-teleskopet på Kanarieöarna upptäckte en ljus explosion av infraröd emission som kom från kärnan i en av de kolliderande galaxerna i Arp 299. Den 17 juli, 2005, VLBA avslöjade en ny, distinkt radiokälla från samma plats.

"Allteftersom tiden gick, det nya objektet förblev ljust vid infraröda och radiovåglängder, men inte i synligt ljus och röntgenstrålar, sa Seppo Mattila, vid Åbo universitet i Finland. "Den mest troliga förklaringen är att tjock interstellär gas och damm nära galaxens centrum absorberade röntgenstrålar och synligt ljus, sedan återutstrålade den som infraröd, ", tillade han. Forskarna använde det nordiska optiska teleskopet på Kanarieöarna och NASA:s rymdteleskop Spitzer för att följa objektets infraröda emission.

Fortsatta observationer med VLBA, det europeiska VLBI-nätverket (EVN), och andra radioteleskop, genomförts under nästan ett decennium, visade källan till radioutstrålning expandera i en riktning, precis som förväntat för ett jetplan. Den uppmätta expansionen visade att materialet i strålen rörde sig med i genomsnitt en fjärdedel av ljusets hastighet. Lyckligtvis, radiovågorna absorberas inte i galaxens kärna, men hittar sin väg genom den för att nå jorden.

Dessa observationer använde flera radioteleskopantenner, åtskilda av tusentals mil, för att få upplösningskraften, eller förmåga att se fina detaljer, krävs för att upptäcka expansionen av ett objekt så långt borta. Patienten, år lång datainsamling belönade forskarna med bevis på ett jetplan.

De flesta galaxer har supermassiva svarta hål, som innehåller miljoner till miljarder gånger solens massa, i deras kärnor. I ett svart hål, massan är så koncentrerad att dess gravitationskraft är så stark att inte ens ljus kan komma ut. När de supermassiva svarta hålen aktivt drar in material från sin omgivning, att materialet bildar en roterande skiva runt det svarta hålet, och supersnabba strålar av partiklar skjuts utåt. Detta är fenomenet som ses i radiogalaxer och kvasarer.

"En stor del av tiden, dock, supermassiva svarta hål slukar inte aktivt någonting, så de är i ett lugnt tillstånd, " Perez-Torres förklarade. "Tidvattenstörningar kan ge oss en unik möjlighet att öka vår förståelse för bildningen och utvecklingen av jetplan i närheten av dessa kraftfulla objekt, " han lade till.

"På grund av dammet som absorberade allt synligt ljus, denna speciella tidvattenstörning kan vara bara toppen av isberget av vad som hittills har varit en dold befolkning, ", sa Mattila. "Genom att leta efter dessa händelser med infraröda och radioteleskop, vi kanske kan upptäcka många fler, och lära av dem, " han sa.

Sådana händelser kan ha varit vanligare i det avlägsna universum, så att studera dem kan hjälpa forskare att förstå miljön där galaxer utvecklades för miljarder år sedan.

Upptäckten, forskarna sa, kom som en överraskning. Den första infraröda explosionen upptäcktes som en del av ett projekt som försökte upptäcka supernovaexplosioner i sådana kolliderande galaxpar. Arp 299 har sett många stjärnexplosioner, och har kallats en "supernovafabrik". Detta nya föremål ansågs ursprungligen vara en supernovaexplosion. Först 2011, sex år efter upptäckten, den radioemitterande delen började visa en förlängning. Efterföljande övervakning visade att expansionen ökade, bekräftar att det som forskarna ser är ett jetplan, inte en supernova.

Mattila och Perez-Torres ledde ett team av 36 forskare från 26 institutioner runt om i världen i observationerna av Arp 299. De publicerade sina resultat i tidskriftens onlineutgåva den 14 juni Vetenskap .