I den här konstnärens återgivning, en tjock ansamlingsskiva har bildats runt ett supermassivt svart hål efter tidvattenavbrottet av en stjärna som vandrade för nära. Stjärnskrot har fallit mot det svarta hålet och samlats i en tjock kaotisk skiva med varm gas. Blixtar av röntgenljus nära skivans mitt resulterar i ljusekon som gör att astronomer kan kartlägga strukturen av det trattliknande flödet, avslöjar för första gången starka gravitationseffekter runt ett normalt stilla svart hål. Upphovsman:NASA/Swift/Aurore Simonnet, Sonoma State University
I mitten av en avlägsen galax, nästan 300 miljoner ljusår från jorden, forskare har upptäckt ett supermassivt svart hål som "kvävs" av ett plötsligt inflöde av stjärnskräp.
I en artikel publicerad idag Astrofysiska tidskriftsbrev , forskare från MIT, NASA:s Goddard Space Flight Center, och på andra håll rapporterar om en "tidvattenavbrottsflamma" - en dramatisk utbrott av elektromagnetisk aktivitet som inträffar när ett svart hål utplånar en närliggande stjärna. Blossen upptäcktes först den 11 november, 2014, och forskare har sedan dess tränat en mängd olika teleskop på evenemanget för att lära sig mer om hur svarta hål växer och utvecklas.
Det MIT-ledda teamet tittade igenom data som samlats in av två olika teleskop och identifierade ett märkligt mönster i energin som sänds ut av blossen:När den utplånade stjärnans damm föll in i det svarta hålet, forskarna observerade små fluktuationer i de optiska och ultravioletta (UV) banden i det elektromagnetiska spektrumet. Samma mönster upprepade sig 32 dagar senare, denna gång i röntgenbandet.
Forskarna använde simuleringar av händelsen utförd av andra för att dra slutsatsen att sådana energi-"ekon" producerades från följande scenario:När en stjärna migrerade nära det svarta hålet, det slets snabbt sönder av det svarta hålets gravitationsenergi. Det resulterande stjärnskräpet, virvla allt närmare det svarta hålet, kolliderade med sig själv, avger skurar av optiskt ljus och UV-ljus vid kollisionsplatserna. När det drogs in längre, det kolliderande skräpet värmdes upp, producerar röntgenbloss, i samma mönster som de optiska skurarna, strax innan skräpet föll ner i det svarta hålet.
"I huvudsak, detta svarta hål har inte haft mycket att mata på ett tag, och plötsligt kommer en olycklig stjärna full av materia, "säger Dheeraj Pasham, tidningens första författare och en postdoc i MIT:s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Vad vi ser är detta stjärnmaterial matas inte bara kontinuerligt in i det svarta hålet, men den interagerar med sig själv – stannar och går, stannar och går. Det här säger oss att det svarta hålet "kvävs" av denna plötsliga tillförsel av stjärnskräp."
Pashams medförfattare inkluderar MIT Kavli postdoc Aleksander Sadowski och forskare från NASA:s Goddard Space Flight Center, University of Maryland, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Columbia University, och Johns Hopkins University.
En "lycklig" syn
Pasham säger att tidvattenstörningar är ett potentiellt fönster in i universums många "dolda" svarta hål, som inte aktivt tillförs, eller livnär sig på material.
"Nästan varje massiv galax innehåller ett supermassivt svart hål, " säger Pasham. "Men vi kommer inte att veta om dem om de sitter och gör ingenting, såvida det inte sker en händelse som en flodvågsavbrott."
Sådana bloss uppstår när en stjärna, migrerar nära ett svart hål, dras isär från det svarta hålets enorma gravitationsenergi. Denna stjärnutplåning kan ge ifrån sig otroliga energiskurar längs hela det elektromagnetiska spektrumet, från radiobandet, genom de optiska och UV-våglängderna, och vidare genom röntgen- och högenergi-gammastrålbanden. Så extrema som de är, tidvattenstörningar är svåra att observera, eftersom de händer sällan.
"Du måste stirra på en galax i ungefär 10, 000 till 100, 000 år att se en stjärna bli störd av det svarta hålet i mitten, "Säger Pasham.
Ändå, den 11 november, 2014, ett globalt nätverk av robotteleskop vid namn ASASSN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) tog upp signaler om en möjlig tidvattenavbrottsfloss från en galax 300 miljoner ljusår bort. Forskare fokuserade snabbt andra teleskop på händelsen, inklusive röntgenteleskopet ombord på NASA:s Swift-satellit, en kretsande rymdfarkost som skannar himlen efter utbrott av extremt hög energi.
"Först nyligen har teleskop börjat 'prata' med varandra, och för just detta evenemang hade vi tur eftersom många människor var redo för det, " säger Pasham. "Det resulterade bara i mycket data."
En lätt kollision
Med tillgång till dessa uppgifter, Pasham och hans kollegor ville lösa ett långvarigt mysterium:Var uppstod först en flamma med ljus? Genom att använda modeller av svarta håls dynamik, forskare har kunnat uppskatta att när ett svart hål sliter isär en stjärna, den resulterande tidvattenstörningen kan producera röntgenstrålning mycket nära det svarta hålet. Men det har varit svårt att fastställa ursprunget till optiska och UV-emissioner. Att göra det skulle vara ett extra steg mot att förstå vad som händer när en stjärna blir störd.
"Supermassiva svarta hål och deras värdgalaxer växer på plats, "Säger Pasham. "Att veta exakt vad som händer i tidvattenavbrott kan hjälpa oss att förstå detta svarta håls och galaxens samevolutionsprocess."
Forskarna studerade de första 270 dagarna efter upptäckten av tidvattenavbrottet, heter ASASSN-14li. Särskilt, de analyserade röntgen- och optisk/UV-data tagna av Swift-satelliten och Las Cumbres Observatory Global
Teleskop. De identifierade fluktuationer, eller brister, i röntgenbandet-två breda toppar (en runt dag 50, och den andra runt dag 110) följt av ett kort dopp runt dag 80. De identifierade samma mönster i optiska/UV -data cirka 32 dagar tidigare.
För att förklara dessa utsläpp "ekon, "teamet körde simuleringar av en flad av tidvattenavbrott producerad från ett svart hål som utplånade en stjärna. Forskarna modellerade den resulterande ackretionsskivan - en elliptisk skiva av stjärnskräp som virvlar runt det svarta hålet - tillsammans med dess troliga hastighet, radie, och infallshastigheten, eller hastigheten med vilken material faller ner i det svarta hålet.
Från simuleringar som drivs av andra, forskarna drar slutsatsen att de optiska och UV-skurarna troligen härrörde från kollisionen av stjärnskräp på den yttre omkretsen av det svarta hålet. När detta kolliderande material cirklar närmare in i det svarta hålet, det värmer, så småningom avger röntgenstrålning, som kan släpa efter de optiska emissionerna, liknande vad forskarna observerade i data.
"För supermassiva svarta hål som stadigt ökar, du skulle inte förvänta dig att denna kvävning skulle hända, " säger Pasham. "Materialet runt det svarta hålet skulle sakta rotera och förlora lite energi med varje cirkulär bana. Men det är inte vad som händer här. Eftersom du har mycket material som faller ner i det svarta hålet, det interagerar med sig själv, faller in igen, och interagerar igen. Om det blir fler evenemang i framtiden, kanske kan vi se om detta är vad som händer för andra tidvattenstörningar."
