Svart hull “raper” med halvparten av lysets hastighet, år etter å ha slukt stjernen

Tilbake i oktober 2018 oppdaget astronomer det lyse blusset til en stjerne som ble revet i stykker av et svart hull 20 millioner ganger mer massivt enn vår sol 665 millioner lysår unna – en såkalt “tidevannsforstyrrelse” (TDE) dubbet AT2018hyz. Men ellers virket hendelsen umerkelig, og etter noen måneder med overvåking av det sorte hullet i synlig lys, bleknet TDE, og astronomene gikk videre. Men AT2018hyz hadde en overraskelse på lager. Nesten tre år senere gjenopplivet plutselig det sorte hullet, forvirrende astronomer, ifølge en nytt papir publisert i The Astrophysical Journal.

“Dette overrasket oss fullstendig – ingen har noen gang sett noe lignende før,” sa medforfatter Yvette Cendes fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Hun liknet den uvanlige matingsoppførselen med sorte hull med “raping” etter et tungt måltid. “Det er som om dette sorte hullet har begynt brått å rape ut en haug med materiale fra stjernen det spiste for år siden.” Dette antyder at forsinket utstrømning er mer vanlig enn astronomer tidligere forventet. Gruppen vil fortsette å overvåke denne TDE etter hvert som den utvikler seg, og en systematisk studie av et mye større utvalg av TDE er i gang.

Som vi har rapportert tidligereer det en populær misforståelse at sorte hull oppfører seg som kosmiske støvsugere, suger glupsk opp enhver sak i omgivelsene. I virkeligheten er det bare ting som passerer utenfor begivenhetshorisonten – inkludert lys – som blir svelget og kan ikke unnslippe, selv om sorte hull også er rotete spisere. Det betyr at en del av et objekts materie faktisk kastes ut i en kraftig stråle.

I en TDE blir en stjerne makulert (eller “spaghettifisert”) av de kraftige gravitasjonskreftene til et svart hull utenfor hendelseshorisonten, og en del av stjernens opprinnelige masse blir kastet voldsomt utover. Dette kan igjen dannes en roterende ring av materie (aka an akkresjonsdisk) rundt det sorte hullet som sender ut kraftige røntgenstråler og synlig lys. Jetflyene er en måte astronomer indirekte kan utlede tilstedeværelsen av et sort hull på. Disse utstrømningsutslippene skjer vanligvis like etter TDE.

Når AT2018hyz ble først oppdaget, radioteleskoper fanget ikke opp noen signaturer på en utstrømning av materiale i løpet av de første månedene. I følge Cendes er det sant for rundt 80 prosent av TDE-er, så astronomer gikk videre og foretrakk å bruke dyrebar teleskoptid til mer potensielt interessante objekter. Men i juni i fjor bestemte Cendes og hennes gruppe seg for å sjekke inn på flere TDE-er de siste årene som ikke hadde vist noen utslipp tidligere, ved å bruke radiodata fra Very Large Array (VLA). Og se, AT2018hyz lyste opp himmelen igjen.

“Vi har studert TDE-er med radioteleskoper i mer enn et tiår, og noen ganger finner vi at de skinner i radiobølger når de spyr ut materiale mens stjernen først blir konsumert av det sorte hullet.” sa medforfatter Edo Berger, en astronom ved Harvard University og Center for Astrophysics. “Men i AT2018hyz var det radiostille de første tre årene, og nå lyser den dramatisk opp for å bli en av de mest radiolysende TDE-ene som noen gang er observert.”

Det neste trinnet var å søke om det som er kjent som “Director’s Discretionary Time” på flere forskjellige teleskoper over et bredt spekter av bølgelengder. “Når du finner noe så uventet, kan du ikke vente på den normale syklusen av teleskopforslag for å observere det,” sa Cendes. Disse søknadene ble umiddelbart akseptert, og ga teamdata fra VLA, ALMA-observatoriet i Chile, MeerKAT i Sør-Afrika og Australian Telescope Compact Array (ATCA) i Australia, samt det rombaserte Chandra X-Ray Observatory og Neil Gehrels Swift Observatory.

Analysen av alle disse dataene avslørte at AT2018hyz spydde ut materiale på hele 1,4 millijansky ved 5 GHz. “For de som ikke snakker radio, det er veldig lyst!” Cendes tvitret i en forklarende tråd sist juni da forhåndstrykket dukket opp, kaller det “den største oppdagelsen i mitt liv. Dette har aldri blitt sett før fra en TDE, definitivt aldri forsinket noen år.” (Morsomt faktum: Cendes og mannen hennes kallenavnet AT2018hyz Jetty—forkortelse for “Jetty McJetFace.”)

TDE var en pågående begivenhet så sent som i april. “Vi tror dette er fantastisk materiale som var i en akkresjonsskive etter at det ble makulert,” Cendes tvitret i går. “Men hvorfor det tok to år før denne vanvittige utstrømningen skjedde er et mysterium.”

En mulighet, per Cendes, er at utstrømstettheten endret seg brått, men dataene støtter ikke det. Den støtter heller ikke muligheten for at det var et jetfly like etter TDE, men astronomer oppdaget det ikke med en gang fordi det ikke pekte mot jorden. Lyset økte altfor raskt. Cendes vurderte også muligheten for at det var to separate utstrømmer som samhandlet på en uvanlig måte, men konkluderte med at det heller ikke var et sannsynlig scenario.

“Det mest sannsynlige scenariet er noe som kalles en “tilstandsendring”, der akkresjonsskiven rundt det sorte hullet gikk over til en annen type utstrømning. Cendes tvitret. “Vi ser disse rundt mindre sorte hull i galaksen vår med donorstjerner som gir dem materiale, kalt røntgenbinærer. Så hvis disse tilstandsendringene kan skje i stjernestore sorte hull i galaksene våre, hvorfor skulle de ikke rundt supermassive svarte hull som fikk en injeksjon av materiale fra en stjerne?”

Men hvis det er tilfelle, bør det være et betydelig overskudd av røntgenstråler – og dataene viser det heller ikke. “Hvor forlater det oss? Vi vet ikke!” avsluttet Cendes. “Hva vi gjøre vet at AT2018hyz gjør noe uforutsett og aldri sett før i et svart hull, og vi kommer til å fortsette å overvåke det med alt vi har. Forhåpentligvis vil ytterligere observasjoner hjelpe oss med å løse mysteriene.”

DOI: The Astrophysical Journal, 2022. 10.3847/1538-4357/ac88d0 (Om DOIer).