Za extrémní explozí se skrývá roztrhání hvězdy rotující černou dírou

Dalekohledy ESO pomáhají vysvětlit příčiny mimořádně jasného jevu

V roce 2015 zaznamenal automatický přehlídkový systém pro detekci supernov ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) mimořádný jev, který dostal označení ASASSN-15lh. Vědci dospěli k závěru, že se jedná o nejjasnější supernovu, jakou kdy pozorovali. Jev byl klasifikován jako ‚super-zářivá supernova‘ (superluminous supernova), tedy exploze mimořádně hmotné hvězdy v závěrečné fázi jejího života. Svou absolutní jasností dvakrát převýšila dosavadní rekordní explozi supernovy a v maximu vyzařovala 20krát více světla než celá naše Galaxie.

Giorgos Leloudas (Weizmann Institute of Science, Izrael; Dark Cosmology Centre, Dánsko) a mezinárodní tým jeho spolupracovníků však na základě následných pozorování galaxie vzdálené asi 4 miliardy světelných let od nás, ve které k explozi došlo, navrhli nové vysvětlení tohoto mimořádného jevu.

„Po explozi jsme tento zdroj sledovali pravidelně celých deset měsíců a dospěli jsme k názoru, že je nepravděpodobné, aby se jednalo o mimořádně jasnou supernovu. Naše výsledky naznačují, že jev byl pravděpodobně způsoben rychle rotující černou dírou, která zničila hvězdu o nízké hmotnosti,“ vysvětluje Giorgos Leloudas.

Podle navrhovaného scénáře superhmotná černá díra (supermassive black hole) sídlící v centru této galaxie roztrhala hvězdu o velikosti Slunce, která se přiblížila příliš blízko. Tento jev bývá označován jako slapové roztrhání (tidal disruption event) a byl dosud pozorován jen asi desetkrát. Během procesu dochází k protahování tělesa hvězdy (někdy je pro popis této fáze používán termín “špagetifikace”, anglicky “spaghettified”) a následné rázové vlny kolidujících zbytků spojené s teplem vytvořeným během jejich akrece na černou díru vedou k intenzivnímu světelnému záblesku. Díky tomu tento jev skutečně může připomínat velmi jasnou supernovu, i když hvězda sama by se kvůli nízké hmotnosti nikdy supernovou nestala.

Členové týmu postavili své závěry na sérii pozorování, která získali pomocí řady dalekohledů na zemi i ve vesmíru. Mezi nimi byli ESO/VLT (Very Large Telescope) na observatoři Paranal, ESO/NTT (New Technology Telescope) na observatoři La Silla a také kosmický teleskop HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope) [1]. Pozorování provedená pomocí dalekohledu NTT probíhala v rámci projektu PESSTO (Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects), který se zaměřuje na spektroskopii přechodných astronomických jevů.

„Je zde řada nezávislých aspektů, které ukazují, že v případě tohoto jevu se skutečně jednalo o slapové roztržení a nikoliv o super-zářivou supernovu,“ vysvětluje spoluautor práce Morgan Fraser (University of Cambridge, UK; nyní University College Dublin, Irsko).

Především se ukázalo, že během deseti měsíců po explozi nastaly tři dobře oddělené fáze celého jevu. Získaná data jako celek lépe odpovídají následkům slapového roztržení než explozi supernovy. Pravděpodobnost, že by se mohlo jednat o supernovu, dále snižuje zaznamenaný opětovný nárůst jasnosti na vlnových délkách ultrafialového záření, jakož i pozorované zvýšení teploty. Další problém je, že k jevu došlo v červené, hmotné a jinak neaktivní galaxii, což zdaleka není typické prostředí pro výskyt super-zářivé supernovy. K takovým jevům zpravidla dochází v modrých trpasličích galaxiích s intenzivními procesy formování nových hvězd (star-forming dwarf galaxies).

Ačkoliv členové týmu tvrdí, že se nepravděpodobné, aby se jednalo o supernovu, zároveň si uvědomují, že klasické slapové roztržení by rovněž nemuselo být adekvátním vysvětlením získaných pozorování. Člen týmu Nicholas Stone (Columbia University, USA) upřesňuje: „Proces slapového roztržení, který pro popis pozorovaného jevu navrhujeme, není možné aplikovat, pokud dotyčná černá díra nerotuje. Jsme přesvědčení, že v případě ASASSN-15lh skutečně šlo o slapové roztržení, ale odehrálo se u černé díry velmi konkrétních vlastností.“

Simulace zachycuje hvězdu trhanou na kusy gravitačním slapovým působením superhmotné černé díry. Hvězda je protažena do tvaru špagety a po několika obězích vytvoří malý akreční disk. Vědci se domnívají, že mimořádně jasný jev ASASSN-15lh proběhl právě tímto způsobem. Kredit: ESO, ESA/Hubble, N. Stone, K. Hayasaki

Hmotnost sledované galaxie naznačuje, že veleobří černá díra v jejím centru musí mít hmotnost alespoň 100 milionů Sluncí. A černá díra takové hmotnosti by za normálních okolností neměla být schopna trhat hvězdy vně svého horizontu událostí (event horizon) – tedy hranice, pod kterou je úniková rychlost nadsvětelná a kterou nic nemůže opustit. Pokud se však jedná o takzvanou Kerrovu rychle rotující černou díru (Kerr black hole), situace se změní a uvedené omezení zde neplatí.

„Přes veškerá data, která jsme získali, nemůžeme jev ASASSN-15lh se stoprocentní jistotou označit za slapové roztržení,“ dodává Giorgos Leloudas. „Je to však zdaleka nejpravděpodobnější vysvětlení.“

Poznámky

[1] Kromě zmíněných přístrojů členové týmu využili data z kosmických teleskopů Swift (NASA, Swift telescope) a XMM-Newton (ESA), a pozemních dalekohledů LCOGT (Las Cumbres Observatory Global Telescope), ATCA (Australia Telescope Compact Array), WiFeS (Wide-Field Spectrograph) a Magellan (Magellan Telescope).

Další informace

Výzkum je prezentování v článku s názvem “The Superluminous Transient ASASSN-15lh as a Tidal Disruption Event from a Kerr Black Hole” autorů G. Leloudas a kol., který byl zveřejněn v novém vědeckém magazínu Nature Astronomy.

Složení týmu: G. Leloudas (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael; Niels Bohr Institute, Copenhagen, Dánsko), M. Fraser (University of Cambridge, Cambridge, UK), N. C. Stone (Columbia University, New York, USA), S. van Velzen (The Johns Hopkins University, Baltimore, USA), P. G. Jonker (Netherlands Institute for Space Research, Utrecht, Nizozemí; Radboud University Nijmegen, Nijmegen, Nizozemí), I. Arcavi (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California, Santa Barbara, USA), C. Fremling (Stockholm University, Stockholm, Švédsko), J. R. Maund (University of Sheffield, Sheffield, UK), S. J. Smartt (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), T. Krühler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Německo), J. C. A. Miller-Jones (ICRAR - Curtin University, Perth, Austrálie), P. M. Vreeswijk (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael), A. Gal-Yam (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael), P. A. Mazzali (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching b. München, Německo), A. De Cia (European Southern Observatory, Garching b. München, Německo), D. A. Howell (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), C. Inserra (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), F. Patat (European Southern Observatory, Garching b. München, Německo), A. de Ugarte Postigo (Instituto de Astrofisica de Andalucia, Granada, Španělsko; Niels Bohr Institute, Copenhagen, Dánsko), O. Yaron (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael), C. Ashall (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK), I. Bar (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael), H. Campbell (University of Cambridge, Cambridge, UK; University of Surrey, Guildford, UK), T.-W. Chen (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Německo), M. Childress (University of Southampton, Southampton, UK), N. Elias-Rosa (Osservatoria Astronomico di Padova, Padova, Itálie), J. Harmanen (University of Turku, Piikkiö, Finsko), G. Hosseinzadeh (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), J. Johansson (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael), T. Kangas (University of Turku, Piikkiö, Finsko), E. Kankare (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), S. Kim (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), H. Kuncarayakti (Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile; Universidad de Chile, Santiago, Chile), J. Lyman (University of Warwick, Coventry, UK), M. R. Magee (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), K. Maguire (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), D. Malesani (University of Copenhagen, Copenhagen, Dánsko; DTU Space, Dánsko), S. Mattila (University of Turku, Piikkiö, Finsko; Finnish Centre for Astronomy with ESO (FINCA), University of Turku, Piikkiö, Finsko; University of Cambridge, Cambridge, UK), C. V. McCully (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), M. Nicholl (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), S. Prentice (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK), C. Romero-Cañizales (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile), S. Schulze (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile), K. W. Smith (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), J. Sollerman (Stockholm University, Stockholm, Švédsko), M. Sullivan (University of Southampton, Southampton, UK), B. E. Tucker (Australian National University, Canberra, Austrálie; ARC Centre of Excellence for All-sky Astrophysics (CAASTRO), Austrálie), S. Valenti (University of California, Davis, USA), J. C. Wheeler (University of Texas at Austin, Austin, USA) a D. R. Young (Queen’s University Belfast, Belfast, UK).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. 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, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• vědecký článek
• snímky dalekohledu VLT
• snímky dalekohledu NTT
• tisková zpráva ESA/Hubble

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV , Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

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

Giorgos Leloudas; Niels Bohr Institute, University of Copenhagen; Copenhagen, Denmark; Tel.: +972 89346511
Email: giorgos@dark-cosmology.dk

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO1644