9 Minutės
Pro šviesos pliūpsnį, kuris keliavo apie 10 milijardų metų, kol pasiekė Žemę, astronomai užfiksavo galingiausią ir tolimiausią kada nors stebėtą juodosios skylės blykstę. Šis protrūkis, trumpam nustelbęs visą galaktiką, pasiekė maksimalią spinduliuotę, lygiavertę maždaug 10 trilijonų Saulės, ir suteikia retą progos pažvelgti į ekstremalią fiziką tolimų galaktikų centruose.
Protrūkis, kuris perrašė rekordų knygas
Šaltinis, kataloguotas kaip J2245+3743, staiga susprogo 2018 metais, per kelis mėnesius sustiprėdamas maždaug 40 kartų. Piko metu jis buvo maždaug 30 kartų ryškesnis už ankstesnį aktyvaus galaktikos branduolio (AGN) protrūkį — gegužiausiai vadinamą „Scary Barbie“. Kai atradimo komanda pateikė savo analizę 2025 m. kovo mėnesį, blykstė išspinduliavo beveik 1e54 erg energijos, skalę, lygiavertę visos Saulės masės paverčiai elektromagnetine spinduliuote.
Pirmasis autorius Matthew Graham iš Kaltech atvirai apibūdina objektą: jo energetika ir atstumas jį išskiria. „Tai skiriasi nuo bet kurio AGN, kurį esame matę“, — sakė jis, pabrėždamas tiek intensyvumą, tiek tolimą šviesos kilmę. Komandos interpretacija — potvynio gravitacinis suardymas (tidal disruption event, TDE), kai supermasyvi juodoji skylė — įvertinta maždaug 500 milijonų Saulės masių — suplėšo nelaimingą žvaigždę.
Šis atradimas papildė žinomą TDE katalogą retenybėmis pasižyminčiu pavyzdžiu ir atveria naujas galimybes tirti akrecijos procesus bei ekstremalias spinduliuotės mechanikas. Be to, tokio masto energija ir atstumas reiškia, kad šio tipo įvykiai gali būti svarbūs kosmologinių stebėjimų kontekste, praplečiant supratimą apie juodųjų skylių evoliuciją ir galaktikų centrų ekologiškumą per visą Visatos istoriją.
Kodėl astronomai mano, kad tai buvo potvynio gravitacinis suardymas (TDE)
Keli kosminiai reiškiniai gali sukelti ryškius, lėtai blėstančius blyksnius. Gama spindulių pliūpsniai, susiję su supernovomis (vadinamoji BOAT — Brightest Of All Time), kilonovos po neutronų žvaigždžių susijungimų, taip pat pačių AGN vidinė kintamybė gali imituoti bent dalį TDE šviesos kreivės požymių. Todėl, kad juos atskirtų, komanda išnagrinėjo blykstės spektrinę evoliuciją, ryškumo profilį ir daugiabangį (multiwavelength) elgesį.
Spektroskopiniai duomenys leido sekti linijų profilių pokyčius ir jonizacijos laipsnį, kas suteikė įrodymų, jog matoma spinduliuotė kilo ne tik iš vienkartinių sprogimų, o iš medžiagos akrecijos ant centrinės masės. Spektrai rodė tiek aukštos energijos emisiją, tiek vėsesnių komponentų pėdsakus, sudarančius tipinį TDE reikšmės modelį, kai žvaigždės atliekos formuoja akrecijos diską aplink juodąją skylę.
Be to, šis objektas pasirodė turintis daugiabangį atsaką: optinėje juostoje, ultravioletiniuose ir rentgeno stebėjimuose buvo registruoti skirtingi laiko ir energijos profiliai, atitinkantys intelektualų medžiagos įsiurbimo ir šildymo procesą. Tokie daugiagangiai stebėjimai — nuo optinių teleskopų iki rentgeno observatorijų — yra esminiai siekiant atskirti TDE nuo kitų trumpalaikių reiškinių.
J2245+3743 šviesos kreivės laiko priklausomybė geriausiai atitiko modelius, kur žvaigždė — tikėtina labai masyvi, galbūt apie 30 Saulės masių — buvo sutrupinta gelminėmis potvyninėmis jėgomis šalia juodosios skylės. Glaudžiai susiję trosai atliekų virsta tankiu akrecijos disku, kuris intensyviai spinduliuoja, kai medžiaga spiralės pavidalu krenta link horizonto. Metų stebėjimų duomenys rodo, kad objektas palaipsniui blanksta, bet vis dar yra maždaug du magnitudės ryškesnis už priešprotrūkinį lygį, kas rodo, jog juodoji skylė vis tiek „ėda“ paskutinius žvaigždės likučius.
Modeliuose toks lėtas blėsimas atitinka scenarijų, kurio metu didelė dalis žvaigždės masės neiš karto patenka į juodąją skylę, o didžiąją dalį masės sudaro diskobei susiformavusios struktūros ir atvirkštiniai srautiniai plūstelėjimai, kurių radiacinis efektyvumas gali būti aukštas. Tokie niuansai leidžia tyrėjams plačiau modeliuoti akrecijos mechanizmus ir numatyti papildomus radiacinius komponentus įvairiose spektro dalyse.
Ar žvaigždė tikrai galėjo būti tokia didelė?
Didelės masės žvaigždės yra retos įprastoje galaktikų aplinkoje, tačiau yra plausibilus mechanizmas, galintis sukurti netipinai sunkius žvaigždžių egzempliorius AGN diskuose. Astronomė K. E. Saavik Ford iš City University of New York atkreipia dėmesį, kad žvaigždės, įaugusios į tankų akrecijos diską, gali akretiuoti papildomą masę iš aplinkinės medžiagos, taip užaugdamos didesnės masės nei jų labiau izoliuotos kolegės. Toks scenarijus paaiškintų, kaip ~30 Saulės masių žvaigždė galėjo atsidurti trajektorijoje, kertančioje kelia į centrinę juodąją skylę.
AGN diskai pasižymi sudėtinga dinamika: turbulencija, šiluminiai judesiai ir masės pritekėjimas gali skatinti greitą žvaigždžių augimą arba netgi žvaigždžių migraciją link centrinės dalies. Kitas galimas kelias — žvaigždžių sankaupos ir susiliejimai disko viduje, kuriuose mažesnės žvaigždės jungiasi ir susidaro vienetai su padidėjusia mase. Tokie procesai atskleidžia ryšį tarp galaktikos branduolio aplinkos, akrecijos disko evoliucijos ir žvaigždžių populiacijos evoliucijos.
Be to, masyvi žvaigždė, suardyta arti supermasyvios juodosios skylės, suteikia papildomą testą žvaigždžių evoliucijos modeliams esant ekstremalioms sąlygoms. Stebėti elementų sugeneruotus spektro požymius leidžia analizuoti, kaip šiluminiai ir radiaciniai procesai keičia elementų išeigas bei jonizacijos būsenas aplink katastrofą.
Kosmologinis laiko ištempimas: stebėjimas lėtesniu tempu
Viena įspūdingiausių J2245+3743 savybių — kaip ilgai šis blykstė atrodo trunkanti iš mūsų perspektyvos. Nors ryški fazė Žemėje buvo matoma daugiau nei šešerius metus, reliatyvistiniai kosmologiniai efektai prailgina tiek šviesos bangos ilgį, tiek matomą įvykio trukmę. Kitaip tariant, Visatos plėtra sulėtina stebimą laiko juostą: tai, kas truko kelis metus šalia šaltinio, gali mums atrodytis vykus per kelis kartus ilgesnį laikotarpį.
„Tai yra kosmologinis laiko ištempimas“, — aiškina Graham. „Šviesa taip ilgai keliauja per plečiasi erdvę, kad tiek jos spalva, tiek laikinis profilis pasikeičia. Septyni metai čia atitinka maždaug dvejus metus toje vietoje, kur įvykis iš tikrųjų vyko.“ Tokias korekcijas būtina pritaikyti kuriant tikslius TDE progresavimo modelius ir lyginant įvykius įvairiuose raudoniniuose kontekstuose.
Laiko ištempimas taip pat veikia duomenų interpretaciją daugiabangiuose stebėjimuose: rentgeno ir ultravioletinė emisija, kuri natūraliai gali prasidėti ir slopti greičiau prie šaltinio, bus pastebima atitinkamai ilgesnę ar trumpesnę trukmę pagal stebėjimo bangos ilgį. Todėl mokslininkams reikia atsižvelgti į raudoninio priklausomybę, kai rekonstruoja fizinius procesus, vykusius arti juodosios skylės.
Be to, laiko ištempimas praplečia žinių ribas apie tolimų TDE populiacijas: jeigu panašūs įvykiai yra dažnesni tolimose galaktikose, mes juos gali matyti iškreiptus laike ir spektre, tad statistiniai populiacijų tyrimai privalo koreguotis pagal šiuos efektus.
Įtakos atradimams ir archyviniams paieškoms
J2245+3743 pripažinimas kaip TDE turi praktinių padarinių. Daugelis ankstesnių trumpalaikių aptikimų platus lauko apžvalgose galėjo būti klaidingai klasifikuoti kaip AGN kintamumas arba kiti reiškiniai. Su patobulintomis šabloninėmis TDE kreivėmis, kurios atsižvelgia į raudoninę spinduliuotės permainą ir laiko dilataciją, astronomai gali peržiūrėti archyvinius duomenis, kad surastų ankstesnių ekstremalių įvykių pėdsakus, kurių anksčiau neidentifikavo.
Peržiūrimosios archyvų kampanijos gali išryškinti praeities stebėjimų duomenis iš platus laukus dengiančių apžvalgų, o kombinuojant optinius, ultravioletinius ir rentgeno duomenis galima atskirti TDE nuo sterilių AGN fluktuacijų ar kosminių sprogimų. Tai ypač svarbu, kai siekiama suskaičiuoti TDE dažnį skirtingais raudoniniais ir masių intervalais bei įvertinti jų poveikį juodųjų skylių augimui per kosminę istoriją.
Rasti tolesnius tolimesnius ir energetiškesnius TDE leidžia astronomams giliau tirti juodųjų skylių demografiją, akrecijos fizikos ribas ekstremaliose sąlygose ir žvaigždžių populiacijas AGN diskuose. Be to, šis atradimas demonstruoja ilgalaikių, daugiabangio stebėjimo programų vertę, kurios pajėgios užfiksuoti lėtus, ryškius tranzientus per kosminę istoriją. Tokios programos, įskaitant plataus lauko optines apžvalgas, specializuotas rentgeno misijas ir radijo observatorijas, kartu didina galimybę atrasti tolimiausius TDE.
Galiausiai, supratimas apie tokių įvykių dažnį ir energetiką gali turėti įtakos kosmologinių parametru nustatymams bei teorijoms apie juodųjų skylių augimą — ypatingai, jei TDE reikšmingai prisideda prie masės pritekėjimo supermasyvioms juodosioms skylėms kvazario ir AGN aktyvių fazių metu.
Kur buvo publikuotas šis tyrimas
J2245+3743 analizė ir interpretacija buvo publikuotos žurnale Nature Astronomy. Straipsnyje derinami fotometriniai ir spektroskopiniai stebėjimai, blykstės energetikos modeliavimas ir kontekstinis palyginimas su kitais retai pasitaikančiais kosminiais sprogimais, tokiais kaip gama spindulių pliūpsniai bei kilonovos. Tokia tarpbendradarbiavimo publikacija leidžia integruoti daugybę stebėjimų iš skirtingų instrumentų ir suteikia stabilų pagrindą tolimesniems modeliavimams.
Publikacijoje aptariami metodologiniai niuansai, įskaitant instrumentų jautrumo korekcijas, raudoninio efektų pritaikymus ir laiko tempimo kompensacijas, kurios būtinos renkantis šablonus panašiems tolimiems laikiniems reiškiniams. Be to, straipsnyje nagrinėjamos galimos alternatyvios interpretacijos ir pateikiami kontraargumentai, kodėl TDE modelis J2245+3743 atveju yra labiausiai tikėtinas.
Tyrimo išvados ir duomenų rinkiniai pateikiami taip, kad kiti mokslininkai galėtų juos perkomponuoti, patikrinti arba papildyti naujais stebėjimais — tai svarbu kuriant plačiai priimtus modelius juodųjų skylių ir TDE populaicijų evoliucijai.
Eksperto įžvalga
„Stebėjimai, tokie kaip J2245+3743, primena, kad Visata vis dar turi netikėtų išimčių, kurios meta iššūkį mūsų modeliams“, — sako Dr. Mira Halvorsen, fiktyvi astrofizikė, besidominti juodųjų skylių akrecija. „Šis įvykis plečia mūsų supratimą apie tai, kiek energijos gali išlaisvinti potvynio suardymas — ir kaip aplinka aplink juodąją skylę, pavyzdžiui AGN diskas, gali formuoti tiek progenitorinę žvaigždę, tiek spinduliuotę, kurią galiausiai mes stebime.“
Ilgalaikiai stebėjimai — rentgeno, optinėje ir radijo juostose — atskleis, kaip greitai J2245+3743 galiausiai sugrįš prie savo pradinio lygio ir leis tiksliau įvertinti suardyto žvaigždės bei juodosios skylės mases. Tokio tipo follow-up kampanijos taip pat padės nustatyti akrecijos efektyvumus ir radiacinius mechanizmus, atsakingus už ekstremalią spinduliuotę.
Kol kas J2245+3743 stovi kaip rekordų savininkas: blykstė, ryškesnė už bet ką iki šiol dokumentuota, atsiųsta iš gilaus praeities sluoksnio ir mums „perdejuota“ lėtai dėl kosminės plėtros. Tokie atradimai ne tik papildo TDE katalogus, bet ir skatina tolesnius teorinius ir stebėjimų pagrindu paremtus tyrimus, kurie gali pakeisti mūsų žinias apie juodųjų skylių įtaką galaktikų evoliucijai.
Reikšminga pažymėti, kad identifikuojant tokio masto TDE yra būtinas tarptautinis bendradarbiavimas tarp optinių, rentgeno ir radijo observatorijų, taip pat greitų duomenų mainų ir archyvinių apžvalgų analizės. Tai leidžia ne tik atrasti tokias retenybes, bet ir sistemingai suprasti jų statistinį pasiskirstymą per Visatos istoriją.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą