Astronomowie zaobserwowali największy rozbłysk, jaki kiedykolwiek widziano, wybuchający wokół czarnej dziury i który jest jednocześnie najodleglejszym rozbłyskiem tego typu, jaki kiedykolwiek wykryto.
Odkryta za pomocą Zwicky Transient Facility (ZTF) rozbłysk wybuchł z supermasywna czarna dziura w sercu Aktywne jądro galaktyczne (AGN) oznaczony jako J2245+3743 i znajdujący się w centrum galaktyki oddalonej o 10 miliardów lat świetlnych od Ziemia. AGN to centralne obszary galaktyk zdominowane przez zasilanie, czyli „akreację”, supermasywnych czarnych dziur.
Supermasywna czarna dziura w J2245+3743 żywi się otaczającym ją gazem i pyłem wirującym wokół niej w postaci spłaszczonego obłoku zwanego dyskiem akrecyjnym, ale ten rozbłysk jest w rzeczywistości wynikiem czegoś innego: niezwykle masywnej gwiazdy zapuszczającej się zbyt blisko czarnej dziury, która ma masę 500 milionów razy większą od Słońca). Ogromny wpływ grawitacyjny czarnej dziury rozrywa gwiazdę, a jej gwiezdne pozostałości trafiają do kosmicznego tytana — zjawisko to naukowcy nazywają zdarzeniem rozerwania pływów (TDE).
„To coś zupełnie innego niż jakikolwiek AGN, jaki kiedykolwiek widzieliśmy” – stwierdził w oświadczeniu Matthew Graham, lider zespołu w California Institute of Technology (Caltech) i naukowiec ZTF. „Energetyka pokazuje, że ten obiekt jest bardzo daleko i bardzo jasny”.
Rozbłysk został po raz pierwszy dostrzeżony w 2018 roku przez ZTF, a astronomowie obserwowali, jak w ciągu kilku miesięcy pojaśniał 40-krotnie. W szczytowym momencie rozbłysk był 30 razy jaśniejszy niż jakikolwiek wcześniejszy rozbłysk czarnej dziury, emitując tyle energii, co 10 bilionów słońc. Poprzednim najpotężniejszym TDE było wydarzenie o pseudonimie „Scary Barbie”, które pochodzi od jego oficjalnego oznaczenia ZTF20abrbeie.
„Jeśli zamienimy całe nasze Słońce na energię, korzystając ze słynnego wzoru Alberta Einsteina E = mc^2, to tyle energii wydzieli się z tego rozbłysku, odkąd zaczęliśmy go obserwować” – powiedział w oświadczeniu KE Saavik Ford, członek zespołu i badacz z Centrum Absolwentów City University of New York (CUNY).
Rozbłysk czarnej dziury w dalszym ciągu słabnie, co wskazuje badaczom, że nadal połyka nieszczęsną gwiazdę, która zapuściła się zbyt blisko niej, a której masę początkową szacuje się na 30 razy większą od masy Słońca (dla porównania, uważa się, że gwiazda pożarta podczas Strasznej Barbie ma zaledwie od 3 do 10 mas Słońca).
Jak barwnie to ujął Graham, ciągły charakter rozbłysku w J2245+3743 przypomina „rybę znajdującą się zaledwie w połowie przełyku wieloryba”.
Pomocą zespołu w dalszym badaniu tego rozbłysku jest fakt, że grawitacja otaczająca supermasywne czarne dziury jest tak duża, że czas płynie wolniej w miarę zbliżania się do zewnętrznej granicy wychwytywania światła, czyli „horyzontu zdarzeń”.
„To zjawisko zwane kosmologiczną dylatacją czasu, spowodowane rozciąganiem przestrzeni i czasu. Gdy światło przemieszcza się przez rozszerzającą się przestrzeń, aby do nas dotrzeć, jego długość fali wydłuża się podobnie jak sam czas” – powiedział Graham. „Siedem lat tutaj to dwa lata tam. Oglądamy przebieg wydarzenia z prędkością ćwiartkową”.
Właśnie ten efekt dylatacji czasu jest powodem, dla którego długoterminowe badania, takie jak te przeprowadzane przez ZTF, są tak przydatne.
Rozbłysk J2245+3743 jest przedmiotem zainteresowania naukowego z jeszcze jednego powodu. Astronomowie zaobserwowali dotychczas około 100 TDE, a większość z nich nie wystąpiła w AGN. Może to wynikać z faktu, że naturalna aktywność supermasywnych czarnych dziur i emisje pochodzące z otaczającego je dysku akrecyjnego mogą maskować TDE. To sprawia, że TDE wokół już zasilających czarne dziury są trudniejsze do wykrycia niż te obejmujące ciche, nie zasilające supermasywne czarne dziury. Jednak ogromny rozmiar J2245+3743 sprawił, że był on bardziej widoczny niż większość TDE opartych na AGN.
Mimo to ten rozbłysk czarnej dziury nie od razu wydał się zespołowi czymś wyjątkowym. Dopiero w 2023 roku, pięć lat po pierwszej obserwacji, dane z Obserwatorium WM Keck na Hawajach ujawniły niezwykle energetyczną naturę tego rozbłysku.
Na początku ważne było również ustalenie, że ten ekstremalny obiekt był naprawdę tak jasny i emitował energię we wszystkich kierunkach, a nie tylko skierowaną prosto na Ziemię. Zespół wykluczył taką możliwość, korzystając z danych z należącego do NASA, będącego na emeryturze narzędzia Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE).
Zespół wykluczył także masywną eksplozję supernowej jako przyczynę tego rozbłysku, potwierdzając w ten sposób, że jest to najjaśniejszy rozbłysk czarnej dziury, jaki kiedykolwiek wykryto, i wskazując, że reprezentuje on TDE z udziałem wyjątkowo masywnej gwiazdy.
„Supernowe nie są wystarczająco jasne, aby to wyjaśnić. Gwiazdy tak masywne są rzadkie, ale uważamy, że gwiazdy w dysku AGN mogą urosnąć” – powiedział Ford. „Materia z dysku jest wyrzucana na gwiazdy, powodując ich wzrost masy”.
Odkrycie tego potężnego rozbłysku wskazuje, że takie zdarzenia mogą mieć miejsce w całym kosmosie i tylko czekają na odkrycie. Zespół będzie w dalszym ciągu przeglądał ZTF w poszukiwaniu podobnych zdarzeń, oczekując na dane z Obserwatorium Very C. Rubin, które również mogłoby znaleźć zwykle potężne TDE.
„Przede wszystkim nigdy nie znaleźlibyśmy tego rzadkiego wydarzenia, gdyby nie ZTF” – podsumował Graham. „Obserwujemy niebo za pomocą ZTF już od siedmiu lat, więc kiedy widzimy rozbłysk lub zmianę, możemy zobaczyć, co działo się w przeszłości i jak będzie ewoluować”.
Wyniki badań zespołu opublikowano we wtorek (4 listopada) w czasopiśmie Nature Astronomy.
