Künstlerische Darstellung einer Gezeitenstörung. (ESO/M. Kornmesser) Aus dem Herzen einer 215 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie flammte ein strahlender Lichtblitz in die Leere des Weltraums auf – der letzte Lichtschrei eines sterbenden Sterns, als dieser zu nahe kam und von einem Supermassereichen auseinandergerissen wurde schwarzes Loch .
Es ist der nächste derartige Tod eines Sterns, den wir je beobachtet haben, und bietet beispiellose Einblicke in den heftigen kosmischen Prozess.
Obwohl es ungewöhnlich ist, einen Sterntod durch ein Schwarzes Loch zu erwischen, haben Astronomen inzwischen genug Beobachtungen gemacht, um in groben Zügen herauszufinden, wie es dazu kommt. Wenn ein Stern zu nahe kommt, wird er riesig Gezeitenkraft Die Bewegung des Schwarzen Lochs – das Produkt seines Gravitationsfeldes – dehnt sich zunächst aus und zieht dann den Stern so stark, dass er auseinandergerissen wird.
Dieses Tidal Disruption Event (TDE) setzt einen strahlenden Lichtstrahl frei, bevor die Trümmer des zerfallenen Sterns hinter dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs verschwinden. Doch dieser Lichtstrahl wird oft zumindest teilweise von einer Staubwolke verdeckt, was das Studium der feineren Details erschwert.
Das neue TDE, erstmals im September letzten Jahres gesichtet und mit dem Namen AT2019qiz hilft nun einem Team unter der Leitung des Astronomen Matt Nicholl von der Universität Birmingham im Vereinigten Königreich, Licht ins Dunkel der Herkunft dieses Staubs zu bringen.
„Wir haben herausgefunden, dass ein Schwarzes Loch, wenn es einen Stern verschlingt, einen starken Materialstoß nach außen schleudern kann, der unsere Sicht behindert.“ sagte die Astronomin Samantha Oates der University of Birmingham im Vereinigten Königreich.
Stellare TDEs gehören zu den kosmischen Phänomenen, die man nicht vorhersagen kann – man muss nur ständig den Himmel beobachten und auf den verräterischen Ausbruch warten. Dies geschah mit AT2019qiz, und Astronomen richteten ihre Teleskope schnell auf einen kleinen Himmelsausschnitt im Sternbild Eridanus und das Herz einer 215 Millionen Lichtjahre entfernten Spiralgalaxie.
„Mehrere Himmelsuntersuchungen entdeckten die Emission des neuen Gezeitenereignisses sehr schnell, nachdem der Stern auseinandergerissen wurde“, sagte der Astronom Thomas Wevers , der sich während der Forschung an der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich aufhielt.
„Wir richteten sofort eine Reihe bodengestützter und Weltraumteleskope in diese Richtung, um zu sehen, wie das Licht erzeugt wurde.“
Wenn der Stern auseinandergerissen wird, zerfällt ein Teil der entstehenden Trümmer zu einem langen, dünnen Materialfaden, der in das Schwarze Loch mündet.
Der Flare ist das Ergebnis intensiver Gravitations- und Reibungseinflüsse in diesem sich ansammelnden Material. Diese Einflüsse erhitzen das Material auf so hohe Temperaturen, dass die TDE kurzzeitig die Wirtsgalaxie überstrahlen kann.
Von diesem anfänglichen Aufflackern an lässt die TDE über einen Zeitraum von Monaten nach. Nicholl und sein Team beobachteten und zeichneten sorgfältig das Verblassen von AT2019qiz über mehrere Lichtwellenlängen hinweg auf, darunter Ultraviolett, Radio, optische und Röntgenstrahlung. Dies war ein weiterer Glücksfall – TDEs leuchten hauptsächlich im optischen und ultravioletten Bereich.
Dieses Licht ermöglichte es dem Team, die am AT2019qiz beteiligten Massen zu berechnen.
„Die Beobachtungen zeigten, dass der Stern ungefähr die gleiche Masse wie unsere eigene Sonne hatte und dass er etwa die Hälfte davon an das Schwarze Loch verlor, das über eine Million Mal massereicher ist.“ sagte Nicholl .
Aufgrund der Schnelligkeit, mit der das Team seine Aufmerksamkeit auf das Ereignis richtete, seiner unmittelbaren Nähe und dem breiteren Spektrum als üblich, in dem sie es beobachteten, kamen sie auch zu dem Schluss, dass der verdeckende Staub ein wesentlicher Bestandteil des TDE war und nicht ein separates Phänomen.
„AT2019qiz ist das nächstgelegene bisher entdeckte Gezeitenstörungsereignis und daher im gesamten elektromagnetischen Spektrum unglaublich gut beobachtet.“ „Dies ist der erste Fall, in dem wir direkte Beweise für ausströmendes Gas während des Störungs- und Akkretionsprozesses sehen, der sowohl die optischen als auch die Radioemissionen erklärt, die wir in der Vergangenheit gesehen haben“, sagte der Astronom Edo Berger des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
„Bisher wurde die Natur dieser Emissionen heftig diskutiert, aber hier sehen wir, dass die beiden Regime durch einen einzigen Prozess verbunden sind.“ Diese Veranstaltung bringt uns etwas über die detaillierten physikalischen Prozesse der Akkretion und des Massenauswurfs aus supermassiven Objekten bei Schwarze Löcher .'
Die Forschung ist nur der jüngste Durchbruch bei der Untersuchung von TDEs.
Anfang des Jahres bestätigte ein Team, dass einige der Trümmer von dem zerstörten Stern stammten wirbelt zu einer Materialscheibe das in das Schwarze Loch fließt, wie Wasser in einen Abfluss. Ein TDE einige Jahre zuvor enthüllte, dass der vom Schwarzen Loch ausgestoßene Plasmastrahl es ist proportional dazu, wie viel von dem Stern er verschlingt . Und ein Stern, der der völligen Zerstörung entgangen ist, zeigt, dass ein Schwarzes Loch seine Mahlzeit rationieren kann, und ernähren sich Milliarden von Jahren lang von einem umlaufenden Begleiter .
Aber AT2019qiz ist laut den Forschern ein Sonderfall, der unsere Bemühungen, diese unglaublichen Ereignisse zu verstehen, weiterhin unterstützen wird.
„Die hier präsentierten hervorragenden Daten“, schrieben sie in ihrer Arbeit, „werden AT2019qiz zu einem Rosetta-Stein für die Interpretation zukünftiger TDE-Beobachtungen im Zeitalter großer Proben machen, die von der Zwicky Transient Facility, dem Rubin-Observatorium und anderen neuen und laufenden Zeitbereichsuntersuchungen erwartet werden.“ .'
Die Forschung wurde im veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society .