Smrt špagetifikací: Teleskopy ESO zaznamenaly poslední okamžiky hvězdy pohlcené černou dírou

„Představa černé díry, která doslova vcucne blízkou hvězdu, vypadá jako ze science fiction, ale přesně to se odehrává během slapového roztrhání,“ říká vedoucí autor studie Matt Nicholl (přednášející a vědecký asistent Royal Astronomical Society, University of Birmingham, UK; hostující vědecký pracovník University of Edinburgh, UK). Ke slapovému roztrhání, při kterém hvězda přitahovaná černou dírou prochází procesem takzvané ‚špagetifikace‘, však dochází vzácně a většinou se tento jev také obtížně zkoumá. Záblesk světla, který se loni objevil nedaleko jedné superhmotné černé díry, sledovali astronomové mimo jiné pomocí dalekohledů ESO/VLT (Very Large Telescope) a ESO/NTT (New Technology Telescope) a pokusili se zjistit podrobnosti o tom, co se odehrává v okamžiku, když je hvězda tímto způsobem pohlcena.

Vědci vědí, co by se teoreticky mělo stát. „Když se nešťastná hvězda dostane příliš blízko k superhmotné černé díře v centru galaxie, extrémní gravitační síly ji rozervou na tenké cáry hmoty,“ vysvětluje spoluautor studie Thomas Wevers (Institute of Astronomy, University of Cambridge, UK; dnes vědecký asistent ESO, Santiago, Chile). A protože některé proudy hmoty spadnou během procesu ‚špagetifikace‘ (spaghettification) do černé díry, objeví se jasný záblesk záření, který astronomové mohou detekovat.

Ačkoliv se jedná o mohutný a jasný úkaz, až dosud měli astronomové při zkoumání těchto záblesků problém. Většinou je totiž zastiňují oblaky prachu i další hmoty. A teprve nyní byli vědci schopni odhalit podstatu těchto neprůhledných závojů.     

„Zjistili jsme, že když černá díra pohlcuje hvězdu, může vyvrhnout mohutný proud hmoty směrem ven, a ten pak brání ve výhledu,“ vysvětluje Samantha Oates (University of Birmingham). K tomu dochází proto, že energie uvolněná během procesu pohlcení hvězdné hmoty černou dírou způsobí vypuzení zbytků směrem ven.     

Následky slapového roztrhání (tidal disruption event) v podobě záblesku s označením AT2019qiz byly objeveny krátce po začátku celého děje, a to umožnilo jeho detailní výzkum. „Jelikož jsme jev zaznamenali velmi brzy, mohli jsme skutečně pozorovat, jak se rozpínají závoje prachu a pozůstatků hvězdy, poté co černá díra vyvrhla ze svého okolí mohutný proud hmoty rychlostí až 10 tisíc kilometrů za sekundu,“ popisuje Kate Alexander (NASA Einstein Fellow, Northwestern University, US). „Tento unikátní ‚pohled za oponu‘ nám nabídl první příležitost k odhalení původu stínícího materiálu a možnost v reálném čase sledovat, jak zahaluje černou díru.“

Členové týmu prováděli pozorování záblesku AT2019qiz, který se odehrál v jedné spirální galaxii v souhvězdí Eridanus, po dobu více než 6 měsíců, a to jak ve fázi zjasňování, tak následného slábnutí. „Emise z tohoto zdroje odhalila krátce po začátku jevu řada přehlídkových dalekohledů,“ upřesňuje Thomas Wevers. „Okamžitě jsme proto tímto směrem namířili několik pozemních i kosmických teleskopů, abychom zjistili, jak ke zjasnění došlo.“      

Během následujících měsíců byla získána pozorování jevu pomocí řady zařízení včetně X-shooter a EFOSC2, výkonných přístrojů pracujících na dalekohledech ESO/VLT a ESO/NTT v Chile. Rychlá reakce a opakovaná měření v ultrafialovém, optickém, rentgenovém i rádiovém oboru poprvé odhalila přímé spojení mezi hmotou proudící z hvězdy a jasným zábleskem uvolněným při jejím pohlcení černou dírou. „Tato pozorování ukázala, že hvězda měla zhruba stejnou hmotnost jako Slunce a že asi polovina materiálu skončila v černé díře, která je milionkrát hmotnější,“ dodává Matt Nicholl.

Výzkum pomůže vědcům lépe pochopit superhmotné černé díry a chování hmoty v prostředí s extrémními gravitačními silami v jejich okolí. Členové týmu dokonce prohlašují, že jev AT2019qiz by mohl představovat ‚Rosettskou desku‘ pro interpretaci budoucích pozorování dalších jevů slapového roztrhání. Dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope), jehož spuštění je plánováno na konec tohoto desetiletí, umožní astronomům detekovat ještě slabší a rychleji se vyvíjející úkazy tohoto typu a vyřešit tak další záhady fyziky černých děr.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “An outflow powers the optical rise of the nearby, fast-evolving tidal disruption event AT2019qiz”, který byl publikován ve vědeckém časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (doi: 10.1093/mnras/staa2824).

Složení týmu: M. Nicholl (Birmingham Institute for Gravitational Wave Astronomy a School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, UK [Birmingham] a Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, UK [IfA]), T. Wevers (Institute of Astronomy, University of Cambridge, UK), S. R. Oates (Birmingham), K. D. Alexander (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics a Department of Physics and Astronomy, Northwestern University, USA [Northwestern]), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Dánsko [DTU]), F. Onori (Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali (INAF), Roma, Itálie), A. Jerkstrand (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Německo a Department of Astronomy, Stockholm University, Sweden [Stockholm]), S. Gomez (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA [CfA]), S. Campana (INAF–Osservatorio Astronomico di Brera, Itálie), I. Arcavi (The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, Israel a CIFAR Azrieli Global Scholars program, CIFAR, Toronto, Kanada), P. Charalampopoulos (DTU), M. Gromadzki (Astronomical Observatory, University of Warsaw, Polsko [Warsaw]), N. Ihanec (Warsaw), P. G. Jonker (Department of Astrophysics/IMAPP, Radboud University, Nizozemí [Radboud] a SRON, Netherlands Institute for Space Research, Nizozemí [SRON]), A. Lawrence (IfA), I. Mandel (Monash Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, Monash University, Austrálie a The ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery – OzGrav, Austrálie a Birmingham), S. Schulze (Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Izrael [Weizmann]) P. Short (IfA), J. Burke (Las Cumbres Observatory, Goleta, USA [LCO] a Department of Physics, University of California, Santa Barbara, USA [UCSB]), C. McCully (LCO a UCSB) D. Hiramatsu (LCO a UCSB), D. A. Howell (LCO a UCSB), C. Pellegrino (LCO a UCSB), H. Abbot (The Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Austrálie [ANU]), J. P. Anderson (European Southern Observatory, Santiago, Chile), E. Berger (CfA), P. K. Blanchard (Northwestern), G. Cannizzaro (Radboud a SRON), T.-W. Chen (Stockholm), M. Dennefeld (Institute of Astrophysics Paris (IAP), a Sorbonne University, Paris), L. Galbany (Departamento de Física Teórica y del Cosmos, Universidad de Granada, Španělsko), S. González-Gaitán (CENTRA-Centro de Astrofísica e Gravitação a Departamento de Física, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugalsko), G. Hosseinzadeh (CfA), C. Inserra (School of Physics & Astronomy, Cardiff University, UK), I. Irani (Weizmann), P. Kuin (Mullard Space Science Laboratory, University College London, UK), T. Muller-Bravo (School of Physics and Astronomy, University of Southampton, UK), J. Pineda (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile), N. P. Ross (IfA), R. Roy (The Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics, Ganeshkhind, Indie), S. J. Smartt (Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, UK [QUB]), K. W. Smith (QUB), B. Tucker (ANU), Ł. Wyrzykowski (Warsaw), D. R. Young (QUB).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnější pozemní astronomické observatoře světa. ESO má 16 členských států – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal pracují dalekohledy systému VLT (Velmi velký dalekohled) schopné fungovat společně jako interferometr VLTI a dva přehlídkové teleskopy – VISTA pro infračervenou a VST pro viditelnou oblast spektra. Na Observatoři Paranal bude umístěn a provozován také největší a nejcitlivější teleskop pro sledování záření gama – Cherenkov Telescope Array South. ESO je také významným partnerem zařízení umístěných na planině Chajnantor – APEX a ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Observatoře Paranal, na hoře Cerro Armazones, staví ESO nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• vědecký článek
• snímky dalekohledu VLT
• snímky dalekohledu NTT
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Soňa Ehlerová; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Matt Nicholl; School of Physics and Astronomy and Institute of Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham; Birmingham, UK; Email: m.nicholl.1@bham.ac.uk

Thomas Wevers; European Southern Observatory; Santiago, Chile; Email: Thomas.Wevers@eso.org

Samantha Oates; Institute of Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham; Birmingham, UK; Email: sroates@star.sr.bham.ac.uk

Kate Alexander; Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics and Department of Physics and Astronomy, Northwestern University; Evanston, USA; Email: kate.alexander@northwestern.edu

Bárbara Ferreira; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6670; Mobil: +49 151 241 664 00; Email: pio@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva Evropské jižní observatoře (ESO2018, 12. října 2020)