8 Minutės
Praėjus ketveriems metams po žvaigždės smurtinės pabaigos, jos padariniai vis garsėja. AT2018hyz — potvyninės sutrikimo (TDE) įvykis, pirmiausia stebėtas regimojoje šviesoje — įžengė į retą, ištemptą radijo dažnių krescendo fazę, kuri tebetrukdo astronomams. Šaltinis neblėsta į kosminį foną; jis sparčiai stiprėja ir tampa ryškesnis radijo diapazone.
Kaip įprastas trumpalaikis įvykis tapo išskirtiniu
2018 m., kai ASASSN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) identifikavo AT2018hyz, jis atrodė kaip vienas iš eilinių potvyninių sutrikimų (TDE) — žvaigždė, kurios pluoštai išsiskleisdami buvo išplėšti supermasyvios juodosios skylės potvyninėmis jėgomis. Tokie įvykiai įprastai sukelia trumpą optinės ir ultravioletinės emisijos blyksnį, kai žvaigždės liekanos formuoja diską ir akrecija sukuria ryškią šviesą. Tačiau AT2018hyz greitai ėmė elgtis kitaip nei standartiniai pavyzdžiai, keliant klausimų apie TDE evoliuciją ir centrinių variklių aktyvumą.
Radijo emisija iš AT2018hyz nepasireiškė iš karto. Pirmą kartą radijo bangomis ji buvo užfiksuota maždaug po 972 dienų nuo pradinio optinio blyksnio, o vėliau emisija toliau augo. Naujausi stebėjimai, apimantys maždaug 1 370–2 160 dienų intervalą po sutrikimo, rodo tęstinį ryškėjimą keliuose radijo dažniuose. Paprastai tariant: sistema pastoviai stiprėja jau keletą metų, o jos evoliucija nebūtinai atitinka paprastus modelius, kuriuose medžiagos išsiveržimas užsimezga momentaliai ir po to lėtai išnyksta.
Šie skydeliai iliustruoja AT2018hyz šviesio kreivę. Kairėje matyti radijo emisija (y ašis) per laiką (x ašis) keliais radijo dažniais. Dešinėje pateiktas palyginimas tarp AT2018hyz emisijos ir kitų TDE.
Ką rodo duomenys (ir ką tai gali reikšti)
Yvette Cendes ir bendradarbiai, publikavę rezultatą žurnale The Astrophysical Journal, pateikia tęstinius radijo stebėjimus, kurie atskleidžia stulbinantį ir ilgalaikį šviesėjimą. Šaltinis dabar yra maždaug 50 kartų ryškesnis nei tada, kai radijo emisija buvo pirmą kartą aptikta. Šis augimas yra akivaizdus ir kertasi su paprasčiausiais scenarijais, kur medžiagos išstūmimas prasideda kartu su sutrikimu ir po to tik blėsta.
Šiuo metu konkuruoja dvi fizinės interpretacijos, paaiškinančios radijo intensyvėjimą. Pirmoji — atidėtas maždaug sferinis išsiveržimas: didelė medžiagos „puff“ banga, paleista gerokai vėliau po žvaigždės suardymo. Šiuo scenarijumi išsiveržimas prasidėjo maždaug po 620 dienų nuo pradinio optinio blyksnio, taigi „variklis“, kuris jį generavo, įsijungė ne tuoj pat po sutrikimo, o vėlai. Radijo stebėjimuose pastebimas išsiplėtimas ir didėjantis emisijos spindulys yra suderinami su tokiu vėluojančiu, maždaug sferiniu sprogimu.
Antroji galimybė yra labiau „filmiška“: ofseko (off-axis) relatyvistinis džetas. Džetai, kryptimi beveik nukreipti į mus, anksti atrodo labai ryškūs dėl relatyvistinio užsidegimo („beaming“); džetai, nukreipti nuo Žemės, iš pradžių slopinami ir tampa matomi tik tada, kai jie sulėtėja ir išsiplečia į mūsų matomą kampą. Jei stiprus džetas buvo paleistas, bet nukreiptas toli nuo Žemės, jo radijo signalas gali staiga išaugti, kai šis džetas susilpnėja ir plečiasi, taip pateikdamas ryškėjantį radijo pėdsaką.
Abu modeliai rodo neįprastą energijos balansą. Komandos skaičiavimai rodo, kad radiją spinduliuojančio išsiveržimo energija yra palyginama su gama spindulių pliūpsniu (GRB) — vienu iš energetiškai galingiausių sprogimų Visatoje. Norėdami pateikti žmogišką ar „kino“ mastelį, autoriai palygino išlaisvintą energiją su išgalvotosios Mirties Žvaigždės (Death Star) galia: jų skaičiavimai rodo, kad juodosios skylės radijo išeiga viršija visiškai veikiančios Mirties Žvaigždės energiją mažiausiai trilijoną kartų, o gal net šimtą trilijonų kartų. Tokie palyginimai yra žaismingi, bet pabrėžia rimtą punktą: tai neįprastai energetiškas TDE įvykis.
Techninė požiūriu, išsiaiškinti skirtumą tarp vėluoto sferinio išsiveržimo ir ofseko džeto reikalauja detalių radijo spektro analizės, kelių dažnių šviesio kreivių modelių ir akrecijos diskų evoliucijos teorijų. Tai apima parametrus, tokius kaip radiacinės efektyvumas, magnetinio lauko stipris, dalelių pasiskirstymo indeksas (elektronų spektrinis indeksas), sinchrotroninės saviabsorbcijos dažnis ir charakterinis dažnis, kuriuos reikia stebėti plačiame dažnių diapazone. Be to, reikalingas įvertinimas dėl aplinkinio centrinės galaktikos branduolio terpės tankio — tai tiesiogiai lemia išsiveržimo slopinimą ir radiacijos evoliuciją.
Kodėl tai svarbu juodųjų skylių mokslui
Vėluota radijo emisija nėra visiškai naujas reiškinys. Keletas potvyninių sutrikimų jau anksčiau rodė vėlyvą ryškėjimą radijuje, tačiau AT2018hyz išsiskiria tiek savo šviesumu, tiek ilgalaikiu augimu. Jei toks elgesys yra dažnesnis, bet paprasčiausiai praleidžiamas dėl to, kad dauguma sekimo programų nutraukiamos po keleto mėnesių, mokslininkai gali praleisti visą klasę vėluojančių išsiveržimų ar geometrijiškai nuslėptų džetų. Gilus ir ilgo termino radijo stebėjimas atveria galimybę išanalizuoti akrecijos srauto fiziologiją ir aplinkinių branduolio sąlygų charakteristikas, kurie ankstyvais laikais lieka nematomi optiniuose ar rentgeno duomenyse.
Remiantis nauja monitoring'o serija, prognozuojama, kad radijo šviesio kreivė tęsis iki maždaug 2027 metų, kai turėtų pasiekti savo viršūnę. Tai stebėtojams suteikia siaurą langą surinkti daugdažnius (multi-frequency) duomenis, kurie padės atskirti vėluotą sferinį ejectą nuo ofseko relatyvistinio džeto. Kiekviena išeitis turi skirtingas pasekmes: vėluotas išsiveržimas siūlo epizodinį „variklio“ aktyvumą ir kompleksinę akrecijos fiziką; ofseko džetas reikštų, kad relatyvistiniai džetai iš TDE gali būti dažnesni, nei manyta, tiesiog dažniau paslepiami dėl geometrijos ir stebėjimo kampo.
Praktinė reikšmė astronominių tyrimų strategijoms yra didelė. Jei ilgo laiko radijo stebėjimai taptų prioritetu sekant kiekvieną naują TDE kandidatą, būtų galima nustatyti, ar AT2018hyz yra reti išimtys ar tik pirmasis atrastas reiškinys platesnėje populiacijoje. Tokie pokyčiai stebėjimų programose — ilgiau trunkanti priežiūra, platesnis dažnių aprėptis ir koordinacija tarp radijo, optikos ir rentgeno instrumentų — sukurtų didesnį supratimą apie juodųjų skylių palaikomos akrecijos dinaminius procesus ir jų gebėjimą formuoti džetus ar masyvias plyšenas vėlesniuose etapuose.
Ekspertų įžvalgos
„Tai yra vadovėlinis pavyzdys, kodėl kantrūs stebėjimai yra svarbūs,“ sako dr. Mira Halvorsen, aukštos energijos transientų specialistė. „Jei spėjate, kad transientas greitai užges, retai pastebėsite šiuos vėlyvojo laiko reiškinius. AT2018hyz parodo, kad variklis gali vėl įsijungti arba pakeisti elgesį mėnesiais ar net metais po žvaigždės sutrikdymo. Tai priverčia teorikus pergalvoti, kada ir kaip džetai arba išsiveržimai yra paleidžiami TDE.“
Cendes pabrėžė šio įvykio retumą: „Tai iš tiesų neįprasta,“ sakė ji pranešime spaudai. „Sunku prisiminti ką nors, kas taip ilgai ir nuosekliai kiltų.“ Šis komentaras atspindi tiek nustebimą, tiek galimybes: netipiniai atvejai paskatina prašymus dėl teleskopų laiko, o AT2018hyz suteikia astronomams svarbią priežastį reikalauti daugiau ilgalaikės radijo priežiūros.
Be akivaizdaus mokslo intereso, klausimas plečiasi: kiek kitų TDE slepia vėlyvą ir galingą radijo emisiją vien todėl, kad niekas nežiūrėjo pakankamai ilgai? Teleskopų laikas yra konkurencingas, ir be ryškios ankstyvos radijo žymės daugelis transientų greitai pašalinami iš sekimo sąrašų. Autorių komanda tikisi, kad jų rezultatai pakeis prioritetus: vienas gerai ištirtas išsiskiriantis atvejis gali perorientuoti stebėjimų strategijas ir atskleisti visuomenę objektais, kurie anksčiau buvo neįvertinti ar nepripažinti.
Šiuo metu monitoringas tęsiasi keliose radijo dažnių juostose su įvairiais instrumentais, įskaitant didelės jautrumo interferometrus ir plataus lauko stebėjimo programas. Ateinančiais metais bus lemiama, ar tolesnis ryškėjimas tesėsis, ar imsis kritimo (turnover), kaip kinta spektrinė evoliucija ir kokie yra išsiplėtimo greičiai. Šie duomenys padės atskirti vėluoto išsiveržimo ir ofseko džeto scenarijus: išsiveržimas paprastai parodys lėtesnį, beveik sferinį atitikmenį su tam tikru spektriniu nuolydžiu, o ofseko džetas — greitesnius pokyčius, charakteringus Lorentz faktoriaus pokyčiams, beaming efekto mažėjimui ir greitesniam spektriniam poslinkiui.
Nepriklausomai nuo galutinio paaiškinimo, AT2018hyz jau privertė astronomus pripažinti faktą, kad kai kurie kosminiai kataklizmai ima po truputį atskleisti savo tikrąją galią. Daugiamatė, ilgaamžė radijo priežiūra, kartu su koordinuotais optiniais ir rentgeno stebėjimais, gali nušviesti akrecijos proceso fazes, kintamą „variklio“ aktyvumą ir aplinkos sąveikas, kurios iki šiol buvo paslėptos anksčiau nutrauktų stebėjimų kondensate. Tokia išsami prieiga prie TDE evoliucijos prisidėtų prie platesnių juodųjų skylių ir aukštos energijos astrofizikos žinių, leisdama patikslinti modelius apie džetų formavimąsi, akrecijos epizodikus ir galaktikų centrų terpės struktūrą.
Galiausiai, AT2018hyz yra priminimas apie mokslinio stebėjimo kantrybę: kosminės katastrofos ne visada vyksta greitai ir akimirksniu — kai kurios atskleidžia savo poveikį tik per ilgus laikotarpius, reikalaujančius nuoseklumo, tarpdisciplininio bendradarbiavimo ir strategiškai paskirstytų stebėjimų.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą