Med hjælp fra DTU Space har et forskerhold observeret materiale, der slynges ud i rummet efter sammenstød mellem en stjerne og et gigantisk sort hul. Opdagelsen giver ny viden om sorte huller.
Alle kendte galakser i universet formodes at kredse omkring et gigantisk sort hul i dens centrum.
De kaldes supermassive sorte huller og er mange millioner gange tungere end vores sol. Af og til interagerer de voldsomt med stjerner, der kommer tæt på dem.
For når en stjerne kommer tæt på et supermassivt sort hul, bliver den i nogle tilfælde flået fra hinanden. Samtidig spys en enorm lysende stråle af materiale fra stjernen ud i rummet, før den bliver 'spist' af det sorte hul.
Astronomer kalder dette fænomen en 'jetted Tidal Disruption Event' eller jetted TDE.
Det observeres uhyre sjældent. Men nu har et internationalt hold af videnskabsmænd, ledet af Igor Andreoni, astronom ved University of Maryland og NASA Goddard Space Flight Center, og med deltagelse af DTU Space-forskere, observeret og udforsket en sådan begivenhed.
I denne uge blev begivenheden - omtalt som "AT2022cmc" - beskrevet i det velrenommerede tidsskrift Nature.
"Det er over 10 år siden, der senest blev opdaget sådan en 'jetted Tidal Disruption Event. Og kun fire er blevet observeret i alt. Så det er en stor videnskabelig bedrift og resultatet af et enormt internationalt samarbejde, at vi nu har observeret en ny jetted TDE og været i stand til at beskrive den meget detaljeret," siger Giorgos Leloudas, der medforfatter til den nye artikel i Nature og seniorforsker ved DTU Space.
En anden undersøgelse af AT2022cmc blev samtidig publiceret i tidsskriftet Nature Astronomy med forsker ved MIT i USA Dheeraj Pasham som ledende forfatter. Også her er Giorgos Leloudas og hans forskergruppe på DTU Space blandt forfatterne.
Hurtig rotation kan være årsag til voldsom energiudladning
Det er stadig et mysterium, hvorfor nogle TDE'er udsender en jet af materiale, mens andre ikke ser ud til at gøre det.
Ifølge forskere, der er involveret i undersøgelsen, roterer det supermassive sorte hul i AT2022cmc-begivenheden og tilsvarende jetted TDE'er sandsynligvis meget hurtigt i forhold til mere almindelige TDE-begivenheder. Og dermed kan de slynge stjerne-materiale ud.
"Vi mener, at en hurtig rotation af det sorte hul kan være en nødvendig ingrediens for at en jet, eller stråle, af materiale kan udsendes. Idéen om hurtig rotation giver os en bedre forståelse af fysikken i de supermassive sorte huller i centrum af galakser milliarder af lysår væk," forklarer Giorgos Leloudas.
Observationer indsamlet af forskerne fra DTU Space hjalp med at lokalisere, hvor den sjældne hændelse fandt sted og forklare den. Begivenheden skete i en galakse 8,5 milliarder lysår væk. Det betyder, at lyset fra begivenheden har rejst 8,5 milliarder år gennem rummet for at nå de teleskoper, der observerer det.
Teorien er, at hver galakse, inklusive vores Mælkevej, kredser om et supermassivt sort hul i dens centrum.
Når en døende stjerne kommer for tæt på et supermassivt sort hul, sker der flere ting, som skaber en Tidal Disruption Event (TDE), og i sjældne tilfælde en jetted TDE:
For det første bliver stjernen voldsomt revet fra hinanden af det sorte huls gravitationelle kræfter – lidt som når Månens kræfter trækker tidevand på Jorden, men med langt større styrke (deraf Tidal i navnet for begivenheden). Derefter fanges materiale fra stjernen ind i en hurtigt roterende skive, der kredser om det sorte hul.
Til sidst sluger det sorte hul det, der er tilbage af den dødsdømte stjerne i skiven. Men i sjældne tilfælde, som det nu observerede, bliver noget af stoffet fra stjernen slynget ud i rummet i en stråle eller jet med ekstrem høj ’relativistisk’ hastighed.
"I ekstremt sjældne tilfælde udslynger det supermassive sorte hul disse 'relativistiske jets', stråler af stof, der næsten bevæger sig med lysets hastighed, efter at have ødelagt stjernen," forklarer Igor Andreoni, lederen af undersøgelsen og førsteforfatter til artiklen i Nature. Han og hans team opdagede AT2022cmc-begivenheden i februar.
Sorte huller afsløres af lyset fra stjerner i nærheden
Ifølge Michael Coughlin, assisterende professor i astronomi ved University of Minnesota og ledende bidragyder til opdagelsen, udsendes de voldsomme jets formentlig kun i én procent af de stjerne-destruerende begivenheder.
Forskerne kan kun opdage og udforske de fjerne, gigantiske sorte huller, når de sluger en stjerne.
”Et sort hul lyser op, når det interagerer med en stjerne i forbindelse med en TDE-hændelse. Og dette lys kan vi observere med teleskoper. Så disse nye opdagelser hjælper os virkelig med at forstå sorte hullers natur. Ikke fra teorier, men ved observationer af virkelige begivenheder," siger Giorgos Leloudas.
I endnu en videnskabelig artikel offentliggjort i Nature Astronomy i september i år beskriver Giorgos Leloudas og hans forskerhold mere almindelige TDE'er, som de for første gang har studeret i polariseret lys.
"Ved at se på fraktioner af polariseret lys fra TDE'er, kan vi lære meget mere om dem. Og det er nødvendigt at forstå den detaljerede fysik af de her mere almindelige TDE'er, hvis vi ønsker at forklare, hvad der gør AT2022cmc-begivenheden så speciel," siger Giorgos Leloudas, der var hovedforfatter på publikationen i september.
Forskere fra en række lande har været involveret i at arbejdet med at levere viden til de mange nye opdagelser. Arbejdet er baseret på observationer og data fra omkring 20 jord- og rumbaserede teleskoper. Blandt dem ESO Very Large Telescope i Chile, Nordic Optical Telescope i Spanien og Hubble Space Telescope.
"DTU Space er i stand til at bidrage til så stort et forskningsarbejde som følge af vores stærke internationale samarbejde og deltagelse i teleskop-projekter rundt omkring i verden," siger Giorgos Leloudas.
De nye videnskabelige udgivelser om AT2022cmc med bidrag fra DTU Space:
Nature; "A very luminous jet from the disruption of a star by a massive black hole"
Nature Astronomy; "The birth of a relativistic jet following the disruption of a star by a cosmological black hole"
Nature Astronomy; "An asymmetric electron-scattering photosphere around optical tidal disruption events"