Det verkar som om universum har en udda humor. Medan ett kronbelagt virus har kört hårt över världen, en annan helt annan korona cirka 100 miljoner ljusår från jorden har på mystiskt sätt försvunnit.

För första gången, astronomer vid MIT och på andra håll har sett ett supermassivt svart håls egen korona, den ultraljusa, miljardgraders ring av högenergipartiklar som omger ett svart håls händelsehorisont, förstördes plötsligt.

Orsaken till denna dramatiska omvandling är oklar, även om forskarna gissar att källan till katastrofen kan ha varit en stjärna som fastnat i det svarta hålets gravitationskraft. Som en sten som kastas in i en växellåda, stjärnan kan ha rikoscherat genom det svarta hålets skiva av virvlande material, orsakar allt i närheten, inklusive koronans högenergipartiklar, att plötsligt störta ner i det svarta hålet.

Resultatet, som astronomerna observerade, var en brant och överraskande nedgång i det svarta hålets ljusstyrka, med en faktor 10, 000, på bara ett år.

"Vi förväntar oss att ljusförändringar så här stora bör variera på tidsskalor på många tusen till miljoner år, " säger Erin Kara, biträdande professor i fysik vid MIT. "Men i detta objekt, vi såg det förändras med 10, 000 under ett år, och det ändrades till och med med en faktor 100 på åtta timmar, vilket bara är helt ovanligt och verkligen häpnadsväckande."

Efter coronans försvinnande, astronomer fortsatte att titta på när det svarta hålet långsamt började dra ihop material från dess yttre kanter för att reformera sin virvlande ackretionskiva, som i sin tur började snurra upp högenergiröntgenstrålar nära det svarta hålets händelsehorisont. På det här sättet, på bara några månader, det svarta hålet kunde generera en ny korona, nästan tillbaka till sin ursprungliga ljusstyrka.

"Det här verkar vara första gången vi någonsin sett en corona först av allt försvinna, men sedan också bygga om sig själv, och vi tittar på detta i realtid, " säger Kara. "Det här kommer att vara väldigt viktigt för att förstå hur ett svart håls korona värms upp och drivs i första hand."

Kara och hennes medförfattare, inklusive huvudförfattaren Claudio Ricci från Universidad Diego Portales i Santiago, Chile, har publicerat sina resultat idag i Astrofysiska tidskriftsbrev . Medförfattare från MIT inkluderar Ron Remillard, och Dheeraj Pasham.

En smidig tvättmaskin

I mars 2018, en oväntad skur lyste upp utsikten över ASSASN, All-Sky Automated Survey for Super-Novae, som undersöker hela natthimlen för supernovaaktivitet. Undersökningen registrerade en blixt från 1ES 1927+654, en aktiv galaktisk kärna, eller AGN, det är en typ av supermassiva svarta hål med högre ljusstyrka än normalt i mitten av en galax. ASSASN observerade att objektets ljusstyrka hoppade till cirka 40 gånger dess normala ljusstyrka.

"Det här var en AGN som vi visste om, men det var inte särskilt speciellt, " säger Kara. "Då märkte de att den här vanliga AGN plötsligt blev ljus, som fick vår uppmärksamhet, och vi började rikta många andra teleskop i många andra våglängder för att titta på det."

Teamet använde flera teleskop för att observera det svarta hålet i röntgen, optisk, och ultravioletta vågband. De flesta av dessa teleskop pekade med jämna mellanrum mot det svarta hålet, till exempel att spela in observationer för en hel dag, var sjätte månad. Teamet tittade också på det svarta hålet dagligen med NASA:s NICER, ett mycket mindre röntgenteleskop, som är installerad ombord på den internationella rymdstationen, med detektorer utvecklade och byggda av forskare vid MIT.

"NICER är bra eftersom det är så smidigt, " säger Kara. "Det är den här lilla tvättmaskinen som studsar runt ISS, och den kan samla in massor av röntgenfotoner. Varje dag, SNYGGARE kunde ta en snabb titt på denna AGN, gå sedan iväg och gör något annat."

Med frekventa observationer, forskarna kunde fånga det svarta hålet när det brant sjönk i ljusstyrka, i praktiskt taget alla vågband de mätte, och särskilt i högenergiröntgenbandet – en observation som signalerade att det svarta hålets korona helt och plötsligt hade förångats.

"Efter att ASSASN såg det gå igenom detta enorma galna utbrott, vi såg hur koronan försvann, " minns Kara. "Det blev oupptäckt, som vi aldrig har sett förut."

En skakande blixt

Fysiker är osäkra exakt vad som får en korona att bildas, men de tror att det har något att göra med konfigurationen av magnetfältslinjer som går genom ett svart håls ansamlingsskiva. Vid de yttre områdena av ett svart håls virvlande skiva av material, magnetiska fältlinjer är mer eller mindre i en okomplicerad konfiguration. Närmare, och särskilt nära händelsehorisonten, materiella cirklar med mer energi, på ett sätt som kan orsaka att magnetfältslinjer vrids och bryts, anslut sedan igen. Denna härva av magnetisk energi kan snurra upp partiklar som virvlar nära det svarta hålet, till nivån av högenergiröntgenstrålar, bildar den kronliknande koronan som omger det svarta hålet.

Kara och hennes kollegor tror att om en egensinnig stjärna verkligen var boven i coronans försvinnande, det skulle först ha strimlats isär av det svarta hålets gravitationskraft, sprider stjärnskräp över ackretionsskivan. Detta kan ha orsakat den tillfälliga blixten i ljusstyrka som ASSASN fångade. Denna "tidvattenstörning, "som astronomer kallar en sådan skakande händelse, skulle ha utlöst mycket av materialet i skivan att plötsligt falla ner i det svarta hålet. Det kan också ha slängt skivans magnetfältslinjer ur spel på ett sätt att den inte längre kunde generera och stödja en högenergikorona.

Denna sista punkt är potentiellt viktig för att förstå hur coronas först bildas. Beroende på massan av ett svart hål, det finns en viss radie inom vilken en stjärna med största säkerhet kommer att dras in av ett svart håls gravitation.

"Vad det säger oss är att om all åtgärd sker inom den tidvattenavbrottsradien, det betyder att magnetfältskonfigurationen som stöder koronan måste vara inom den radien, " säger Kara. "Vilket betyder att, för vilken normal corona som helst, magnetfälten inom den radien är det som är ansvariga för att skapa en korona."

Forskarna beräknade att om en stjärna verkligen var orsaken till det svarta hålets saknade korona, och om en korona skulle bildas i ett supermassivt svart hål av liknande storlek, det skulle göra det inom en radie av cirka fyra ljusminuter – ett avstånd som ungefär motsvarar cirka 75 miljoner kilometer från det svarta hålets centrum.

"Med förbehållet att den här händelsen hände från en strålande tidvattenavbrott, detta skulle vara några av de strängaste begränsningarna vi har för var corona måste finnas, säger Kara.

Corona har sedan dess reformerats, lyser upp i högenergiröntgenstrålar som teamet också kunde observera. Det är inte så ljust som det en gång var, men forskarna fortsätter att övervaka det, om än mer sällan, för att se vad mer detta system har i beredskap.

"Vi vill hålla ett öga på det, " säger Kara. "Det är fortfarande i detta ovanliga högflödestillstånd, och kanske kommer det att göra något galet igen, så det vill vi inte missa."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.