Den här illustrationen visar ett tidvattenavbrott, som uppstår när en passerande stjärna kommer för nära ett svart hål och slits isär till en gasström. En del av gasen sätter sig så småningom i en struktur runt det svarta hålet som kallas en ansamlingsskiva. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center
En NASA-satellit som letade efter nya planeter gav astronomer en oväntad glimt av ett svart hål som sliter en stjärna i strimlor.
Det är en av de mest detaljerade tittarna hittills på fenomenet, kallas en tidvattenstörningshändelse (eller TDE), och den första för NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (vanligare kallad TESS.)
Milstolpen nåddes med hjälp av ett världsomspännande nätverk av robotteleskop med huvudkontor vid Ohio State University kallat ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae). Astronomer från Carnegie Observatories, Ohio State och andra publicerade sina resultat idag i The Astrophysical Journal .
"Vi har noga övervakat de områden på himlen där TESS observerar med våra ASAS-SN-teleskop, men vi hade mycket tur med den här händelsen eftersom den fläck på himlen där TESS kontinuerligt observerar är liten, och i att detta råkade vara en av de ljusaste TDE:erna vi har sett, " sa Patrick Vallely, en medförfattare till studien och National Science Foundation Graduate Research Fellow vid Ohio State. "På grund av den snabba upptäckten av ASAS-SN och de otroliga TESS-data, vi kunde se denna TDE mycket tidigare än vi har sett andra – det ger oss ny insikt om hur TDE bildas."
Tidvattenstörningar inträffar när en stjärna kommer för nära ett svart hål. Beroende på ett antal faktorer, inklusive stjärnans storlek, storleken på det svarta hålet och hur nära stjärnan är det svarta hålet, det svarta hålet kan antingen absorbera stjärnan eller slita isär den till en lång, spagettiliknande tråd.
"TESS-data låter oss se exakt när denna destruktiva händelse, heter ASASSN-19bt, började bli ljusare, som vi aldrig har kunnat göra förut, sa Thomas Holoien, en Carnegie Fellow vid Carnegie Observatories i Pasadena, Kalifornien, som tog sin Ph.D. i Ohio State. "Eftersom vi upptäckte tidvattenavbrottet snabbt med det markbaserade ASAS-SN, vi kunde utlösa flervåglängdsuppföljningsobservationer under de första dagarna. De tidiga uppgifterna kommer att vara otroligt användbara för att modellera fysiken för dessa utbrott."
ASAS-SN var det första systemet som såg att ett svart hål slet isär en stjärna. Holoien arbetade vid Las Campanas-observatoriet i Chile den 29 januari, 2019, när han fick ett larm från ett av ASAS-SN:s robotteleskop i Sydafrika. Holoien tränade två Las Campanas-teleskop på tidvattenstörningen och begärde sedan uppföljningsobservationer från andra teleskop runt om i världen.
TESS råkade redan övervaka den exakta delen av himlen där ASAS-SN-teleskopet upptäckte tidvattenavbrottet. Det var inte bara tur att teleskopen och satelliten passade in – efter att TESS lanserades i juli 2018, teamet bakom ASAS-SN ägnade mer av ASAS-SN-teleskopens tid åt de delar av himlen som TESS observerade.
Men det var tur att tidvattenstörningen inträffade i systemens synfält, sa Chris Kochanek, professor i astronomi vid Ohio State.
Tidvattenstörningar är sällsynta, inträffar en gång var 10:e 000 till 100, 000 år i en galax lika stor som Vintergatan. Supernovor, i jämförelse, händer vart 100:e år eller så. Forskare har observerat omkring 40 tidvattenstörningar genom historien (ASAS-SN ser några per år). Händelserna är sällsynta, Kochanek sa, mest för att stjärnor måste vara väldigt nära ett svart hål – ungefär det avstånd som jorden är från vår egen sol – för att kunna skapa ett.
"Föreställ dig att du står på toppen av en skyskrapa i centrum, och du tappar en kula från toppen, och du försöker få den att gå ner i ett hål i ett brunnslock, sade han. Det är svårare än så.
Och eftersom ASAS-SN fångade tidvattenstörningen tidigt, Holoien kunde träna ytterligare teleskop på evenemanget, fånga en mer detaljerad look än vad som kanske hade varit möjligt tidigare. Astronomer kunde sedan titta på data från TESS—som, eftersom det kom från en satellit i rymden, var inte tillgänglig förrän några veckor efter evenemanget – för att se om de kunde upptäcka evenemanget i upptakten. Data från TESS innebar att de kunde se tecken på tidvattenstörningen i data från cirka 10 dagar innan den inträffade.
Efter att ha passerat för nära ett supermassivt svart hål, stjärnan i denna konstnärs befruktning slits isär till en tunn ström av gas, som sedan dras tillbaka runt det svarta hålet och smäller in i sig själv, skapar en ljus chock och matar ut mer hett material. Kredit:Robin Dienel med tillstånd från Carnegie Institution for Science
"De tidiga TESS-data tillåter oss att se ljus mycket nära det svarta hålet, mycket närmare än vi har kunnat se tidigare, " sa Vallely. "De visar oss också att ASASSN-19bts ökning i ljusstyrka var mycket jämn, som hjälper oss att berätta att händelsen var en tidvattenstörning och inte en annan typ av utbrott, som från mitten av en galax eller en supernova."
Holoiens team använde UV-data från NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory – det tidigaste som hittills setts från en tidvattenavbrott – för att fastställa att temperaturen sjönk med cirka 50 %, från cirka 71, 500 till 35, 500 grader Fahrenheit (40, 000 till 20, 000 grader Celsius), under några dagar. Det är första gången en så tidig temperatursänkning har setts i ett tidvattenavbrott tidigare, även om några teorier har förutspått det, sa Holoien.
Mer typiskt för den här typen av händelser var den låga nivån av röntgenstrålning som Swift såg. Forskare förstår inte helt varför tidvattenavbrott producerar så mycket UV-emission och så få röntgenstrålar.
Astronomer tror att det supermassiva svarta hålet som genererade ASASSN-19bt väger cirka 6 miljoner gånger solens massa. Den sitter i mitten av en galax som heter 2MASX J07001137-6602251 som ligger cirka 375 miljoner ljusår bort i stjärnbilden Volans. Den förstörda stjärnan kan ha varit lika stor som vår sol.
