Astronomii au rezolvat misterul de ce această gaură neagră are sughițuri

David împotriva lui Goliat –

Dați vina pe o gaură neagră mai mică care orbita în mod repetat prin discul de acreție.

În decembrie 2020, astronomii au observat o explozie neobișnuită de lumină într-o galaxie la aproximativ 848 de milioane de ani lumină distanță – o regiune cu o gaură neagră supermasivă în centru, care fusese în mare parte liniștită până atunci. Energia exploziei a scăzut în mod misterios la fiecare 8,5 zile înainte ca gaura neagră să se stabilească din nou, asemănător cu un caz de sughiț ceresc.

Acum, oamenii de știință cred că și-au dat seama de motivul acestui comportament neobișnuit. Gaura neagră supermasivă este orbitată de o gaură neagră mai mică, care peronează periodic discul de acreție al obiectului mai mare în timpul călătoriilor sale, eliberând un penaj de gaz. Acest lucru sugerează că discurile de acumulare a găurilor negre ar putea să nu fie la fel de uniforme pe cât credeau astronomii, potrivit a hârtie nouă publicat în revista Science Advances.

Coautorul Dheeraj „DJ” Pasham de la Institutul Kavli pentru Astrofizică și Cercetare Spațială al MIT a observat alerta comunității care a declanșat după ce All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN) a detectat erupția, denumită ASASSN-20qc. Era intrigat și avea încă ceva timp alocat pe telescopul cu raze X, numit NICER (exploratorul de compoziție interior al stelei neutroni) de la bordul Stației Spațiale Internaționale. El a îndreptat telescopul către galaxia de interes și a adunat aproximativ patru luni de date, după care racheta a dispărut.

Pasham a observat un model ciudat în timp ce analiza acele patru luni de date. Exploziile de energie au scăzut la fiecare 8,5 zile în regimul de raze X, așa cum luminozitatea unei stele se poate diminua pentru scurt timp ori de câte ori o planetă în orbită traversează în față. Pasham era nedumerit de ce fel de obiect ar putea provoca un efect similar într-o întreagă galaxie. Atunci a dat peste o lucrare teoretică a fizicienilor cehi care sugerează că era posibil ca o gaură neagră supermasivă din centrul unei galaxii să aibă o gaură neagră mai mică în orbita; ei au prezis că, în circumstanțe potrivite, acest lucru ar putea produce exact un efect periodic așa cum îl observase Pasham în datele sale cu raze X.

„Am fost foarte încântat de această teorie și am trimis imediat un e-mail pentru a spune: „Cred că observăm exact ceea ce a prezis teoria ta”. spuse Pasham. Ei și-au unit forțele pentru a rula simulări care încorporează datele de la NICER, iar rezultatele au susținut teoria. Se estimează că gaura neagră din centrul galaxiei are o masă de 50 de milioane de sori. Deoarece nu a existat nicio explozie înainte de decembrie 2020, echipa crede că a existat, cel mult, un disc slab de acreție în jurul acelei găuri negre și o gaură neagră mai mică, care orbitează între 100 și 10.000 de mase solare, care a scăpat de detectare din această cauză.

Deci ce s-a schimbat? Pasham şi colab. sugerează că o stea din apropiere a fost prinsă de atracția gravitațională a găurii negre supermasive în decembrie 2020 și a fost ruptă în bucăți, cunoscută sub numele de eveniment de perturbare a mareelor (TDE). La fel de raportate anterior, într-un TDE, o parte din masa inițială a stelei mărunțite este ejectată violent în exterior. Aceasta, la rândul său, poate forma o disc de acumulare în jurul găurii negre care emite raze X puternice și lumină vizibilă. Jeturile sunt o modalitate prin care astronomii pot deduce indirect prezența unei găuri negre. Aceste emisii de ieșire apar de obicei la scurt timp după TDE.

Asta pare să fie ceea ce s-a întâmplat în sistemul actual pentru a provoca izbucnirea bruscă în gaura neagră supermasivă primară. Acum avea un disc de acreție mult mai strălucitor, așa că atunci când partenerul său mai mic al găurii negre a trecut prin disc, au fost emise penuri de gaz mai mari decât de obicei. Din fericire, acel penar sa întâmplat să fie îndreptată în direcția unui telescop de observare.

Astronomii știu despre așa-numitele sisteme binare de găuri negre „David și Goliat” de ceva vreme, dar „aceasta este o fiară diferită”. spuse Pasham. „Nu se potrivește cu nimic din ceea ce știm despre aceste sisteme. Observăm dovezi ale unor obiecte care trec în și prin disc, în unghiuri diferite, ceea ce provoacă imaginea tradițională a unui simplu disc gazos în jurul găurilor negre. Credem că există o populație imensă de aceste sisteme acolo.”

Science Advances, 2024. DOI: 10.1126/sciadv.adj8898 (Despre DOI).