Astronomen zijn getuige geweest van de energetische activering van een zwart gat

Een team van astronomen onder leiding van onderzoekers van de University of Birmingham, University College London en King's University Belfast heeft een van de meest dramatische "switch-ons" ooit waargenomen van een zwart gat ontdekt. Zij presenteren hun resultaten op dinsdag 4 juli om Nationale astronomische bijeenkomst 2023 in Cardiff.

J221951-484240, bekend als J221951, is een van de helderste transiënten - astrofysische objecten die hun helderheid in korte tijd veranderen - ooit vastgelegd. Het werd ontdekt door dr. Samantha Oates, een astronoom aan de Universiteit van Birmingham, en haar team in september 2019 tijdens het zoeken naar elektromagnetisch licht van een zwaartekrachtgolf. Het team gebruikte de ultraviolette en optische telescopen aan boord van het Neil Gerrells Swift Observatory om te zoeken naar een kilonova, de signatuur van een neutronenster die versmelt met een andere neutronenster of een zwart gat. Gewoonlijk ziet de kilonova er blauw uit, vervaagt en wordt binnen een paar dagen rood. In plaats daarvan vonden ze iets dat nog ongebruikelijker was: J221951. Het zag er blauw uit, maar het veranderde niet van kleur of vervaagde niet zo snel als kilonova.

Er werden verschillende telescopen gebruikt om J221951 te observeren en de aard ervan te bepalen, waaronder NASA's Swift/UVOT- en Hubble-ruimtetelescopen, de South African Large Telescope en ESO-instrumenten zoals de Very Large Telescope en het GROND-instrument op de MPG/ESO 2,2-meter telescoop in het observatorium van La Silla.

Het spectrum van J221951 verkregen door de Hubble-ruimtetelescoop sloot een zwaartekrachtgolfverbinding van J221951 uit. Door het lichtspectrum van J221951 te bestuderen, konden Dr. Oates en haar team vaststellen dat de bron ongeveer 10 miljard lichtjaar verwijderd is, in tegenstelling tot het signaal van de zwaartekrachtgolf, dat op minder dan 0,5 miljard lichtjaar afstand werd gedetecteerd. Het feit dat het op zo'n grote afstand zo helder schijnt, maakt J221951 tot een van de helderste transiënten die ooit zijn ontdekt.

Er zijn aanwijzingen dat J221951 is gevormd als resultaat van een superzwaar zwart gat dat het omringende materiaal zeer snel absorbeerde. Voorafgaand aan zijn ontdekking werd een rood sterrenstelsel waargenomen bij J221951, en de locatie van J221951 komt overeen met het centrum van de melkweg, waar een enorm zwart gat van nature zou moeten verblijven. Het begon heel plotseling te gloeien - ongeveer 10 maanden voordat het voor het eerst werd ontdekt - wat betekent dat het zwarte gat heel snel begon te voeden na een tijdje stil te zijn geweest. Het ultraviolette spectrum vertoont absorptiekenmerken die consistent zijn met materiaal dat naar buiten wordt geduwd door een enorme vrijgave van energie. Dit, in combinatie met de hoge helderheid, maakt dit tot een van de meest dramatische 'opwindingen' van zwarte gaten die ooit zijn waargenomen.

Het team identificeerde twee mogelijke mechanismen die zo'n extreme voeding van een superzwaar zwart gat zouden kunnen verklaren. De eerste is dat het veroorzaakt zou kunnen zijn door een getijdenverstoring - de vernietiging van een ster terwijl deze dicht langs het superzware zwarte gat in het centrum van zijn melkwegstelsel gaat. De tweede optie is dat het veroorzaakt zou kunnen zijn door een actieve galactische kern die "van toestand veranderde" van slapend naar actief. J221951 zou dan aangeven dat het slapende zwarte gat in het centrum van het gaststelsel zich begint te voeden met materiaal van de accretieschijf.

Dr. Matt Nicholl, een teamlid van King's University Belfast, zei: "Ons begrip van de verschillende dingen die superzware zwarte gaten kunnen doen, is de afgelopen jaren enorm uitgebreid, dankzij de ontdekking van starbursts en aanwas van zwarte gaten met extreem variabele helderheid. " Hij voegt eraan toe: “J221951 is een van de meest extreme voorbeelden van een zwart gat dat ons overrompelt. Verdere observatie van J221951 om de totale vrijgekomen energie te bepalen, kan ons in staat stellen vast te stellen of dit een getijdenabsorptie van de ster is door een snel ronddraaiend zwart gat of een nieuw soort AGN-aanzet.”

Dr. N. Paul Quinn, een ander teamlid van het Space Science Laboratory. Mallard van University College London, zei: "De belangrijkste ontdekking was dat het ultraviolette spectrum verkregen door Hubble een galactische oorsprong uitsloot. Dit laat zien hoe belangrijk het is om de mogelijkheden van de ruimtegebaseerde UV-spectrograaf in de toekomst te behouden."

Dr. Samantha Oates voegt eraan toe: "In de toekomst kunnen we mogelijk belangrijke aanwijzingen verkrijgen om een ​​getijdenverstoring te onderscheiden van actieve galactische kernscenario's. Als J221951 bijvoorbeeld wordt geassocieerd met een supernova die aangaat, zouden we kunnen verwachten dat het stopt met vervagen en opnieuw in helderheid toeneemt, terwijl als J221951 een getijdenverstoring is, we zouden verwachten dat het blijft vervagen. We zullen J221951 de komende maanden en jaren moeten blijven observeren om zijn late gedrag vast te leggen."

Lees ook:

• Het superzware zwarte gat Sagittarius A* werd 200 jaar geleden wakker
• Een uitgestoten zwart gat raast door de ruimte vergezeld van een staart van babysterren