Izbruh, kot ga še nismo videli, odpira novo poglavje v razumevanju vesolja: "Izjemno ekstremen dogodek"

Astronomi so opazili največji in najbolj oddaljen izbruh svetlobe, kar jih je bilo kdaj zaznanih iz supermasivne črne luknje. Izbruh, poimenovan Superman, je nastal 10 milijard svetlobnih let od Zemlje, ob vrhuncu pa je svetloba sijala z močjo, primerljivo z 10 bilijoni Sonc.

Vir izbruha je aktivno galaktično jedro (AGN). To je svetlo, kompaktno območje v središču galaksije, ki ga poganja supermasivna črna luknja, ki aktivno požira okoliški material. Plin in prah padata v vrteči se disk okoli črne luknje, kjer se zaradi vedno hitrejšega gibanja segrevajo do izjemno visokih temperatur in ob tem oddajajo silovito sevanje.

Raziskovalci so se spraševali, kaj je orjaška črna luknja pogoltnila, da je sprožila tako močan izbruh. Sklenili so, da je najverjetneje pogoltnila masivno zvezdo, ki bi sicer svoje življenje končala z eksplozijo.

Dogodek je tako ekstremen, da sodi v lastno kategorijo

"Približno eno od 10.000 aktivnih galaktičnih jeder (AGN) kaže na nekakšen izbruh aktivnosti, vendar je ta dogodek tako ekstremen, da sodi v lastno kategorijo, saj gre za približno enega na milijon primerov," je v elektronskem sporočilu za ameriško televizijsko mrežo CNN pojasnil Matthew Graham, raziskovalni profesor astronomije na Kalifornijskem tehnološkem inštitutu.

Graham je prav tako glavni avtor študije o tem izjemnem pojavu, ki je bila prejšnji torek objavljena v strokovni znanstveni reviji Nature Astronomy. Izbruh nakazuje, da v bližini središč velikih galaksij, kjer domujejo tudi supermasivne črne luknje, obstajajo še neodkrite populacije orjaških zvezd. Razkriva tudi delček zapletenih interakcij med tema dvema velikanoma.

Velikanska zvezdna pojedina

Supermana so prvič zaznali novembra 2018 v okviru opazovalnih programov Catalina Real-Time Transient Survey in Zwicky Transient Facility na observatoriju Palomar v južni Kaliforniji. Zwicky, ki s širokokotno kamero skenira nočno nebo, je znan po tem, da astronomom omogoča odkrivanje prehodnih ali bežnih kozmičnih pojavov, kot so hitri izbruhi supernove.

Sprva se objekt ni zdel nenavaden, le svetel, je pojasnil Graham. Ekipa astronomov je domnevala, da gre za blazar oziroma supermasivno črno luknjo, ki izstreljuje energijske curke snovi skozi vesolje. Pet let pozneje so znova pregledali zgodnje podatke, zbrane s pomočjo Zwickyjevega opazovanja, in opazili signal, za katerega so sprva menili, da gre za blazar, a se je njegova svetlost sčasoma enakomerno spreminjala.

Ekipa je nato izvedla dodatna opazovanja z drugimi teleskopi, med njimi tudi z observatorijem W. M. Keck na Havajih, kar je razkrilo, da je bil vir svetlobe precej bolj svetel in energijski, kot so sprva domnevali. Ugotovili so, da svetloba prihaja iz aktivnega galaktičnega jedra, za katerega ocenjujejo, da je kar 500 milijonov-krat masivnejše od našega Sonca.

Astronomi so preučili več možnih razlogov, zakaj je izbruh tako svetel, na primer eksplozijo ogromne zvezde znotraj diska snovi okoli črne luknje, preden so ugotovili, da je najverjetnejši vzrok plimski dogodek, pri katerem se zvezda preveč približa črni luknji in jo ta raztrga. Izbruh se še vedno dogaja, kar pomeni, da črna luknja zvezdo še vedno aktivno požira. Kot je dejal Graham, je to podobno "ribi, ki je le polovici kitovega požiralnika".

Superman je dosegel vrhunec svetlosti, ki je bila 30-krat večja od svetlosti kateregakoli drugega doslej znanega izbruha, povezanega s črno luknjo, medtem ko ima zvezda, ki jo je črna luknja požrla, maso vsaj 30-krat večjo od mase našega Sonca. Prejšnji rekord za pojav plimskega raztrganja je držal dogodek ZTF20abrbeie, z vzdevkom Scary Barbie (strašljiva Barbie, op. p.), ki je nastal, ko je črna luknja požrla zvezdo, ki je bila med tri in desetkrat večja od našega Sonca.

"To je verjetno najbolj masivna zvezda, kar smo jih kdaj videli, da jo je raztrgala supermasivna črna luknja," je v izjavi dejala soavtorica študije K.E. Saavik Ford, profesorica astronomije na Borough of Manhattan Community College in raziskovalna sodelavka na oddelku za astrofiziko Ameriškega prirodoslovnega muzeja v New Yorku. "To je razburljivo, ker nam pove, da morajo masivne zvezde živeti v in okoli plinskih diskov okoli supermasivnih črnih lukenj."

Pogled v osrčje galaksij

Ekipa še naprej spremlja blisk, ki sčasoma počasi ugaša, čeprav čas v bližini črne luknje po besedah Grahama mineva drugače, kot ga doživljamo na Zemlji. "Gre za pojav, imenovan kozmična časovna dilatacija (cosmological time dilation, op. p.), ki je posledica raztezanja prostora in časa. Ko svetloba potuje skozi širjenje vesolja, se raztegne tako njena valovna dolžina kot tudi čas sam. Sedem let pri nas pomeni dve leti tam. Dogodek torej spremljamo, kot bi se predvajal s četrtinsko hitrostjo," je poudaril avtor študije.

Ker se je izbruh zgodil 10 milijard svetlobnih let stran, je svetloba potrebovala 10 milijard let, da je dosegla Zemljo. Svetlobno leto je razdalja, ki jo svetloba prepotuje v enem letu, kar je 9,46 bilijona kilometrov.

Z natančnim pregledovanjem podatkov iz Zwickyjevega observatorija in uporabo novih teleskopov, kot je Observatorij Vere C. Rubin v Čilu, bi bilo morda mogoče odkriti še več tovrstnih redkih pojavov, ki kažejo, da imajo supermasivne črne luknje dinamična okolja, in da so veliko več kot le velika brezna, obdana z vrtinčastim materialom, je povedal Graham.

Takšni izbruhi razkrivajo prisotnost izjemno velikih zvezd v bližini središč galaksij in osvetljujejo samo strukturo galaksij, je dodala Ford. "Razumevanje zvezd v središčih galaksij — koliko jih je in kakšne so — v tako zgodnjem obdobju vesolja nam odpira nov način raziskovanja nastajanja galaksij kot celote," je pojasnila.

To odkritje pomeni osupljiv preskok v našem razumevanju najmočnejših pojavov v vesolju, pa je dejal dr. Danny Milisavljevic, izredni profesor fizike in astronomije na Univerzi Purdue. Milisavljevic sicer ni sodeloval pri novi študiji, je pa prej raziskoval pojav Scary Barbie.

"Sprva smo mislili, da je Scary Barbie nenavadna, enkratna anomalija, a je ta novi izbruh še bolj ekstremen. Sprostil je toliko energije, kot če bi bilo celotno Sonce v celoti pretvorjeno v elektromagnetno sevanje," je zapisal v elektronskem sporočilu.

Novo okno v svet skrajne fizike

"Ta pojav sodi v na novo opredeljeno skupino ekstremnih jedrskih prehodov (extreme nuclear transients – ENTs). Gre za slabo razumljen pojav, ki postavlja pod vprašaj naše trenutne modele o tem, kako črne luknje in zvezde medsebojno delujejo."

Izbruh ponuja vpogled v rast črnih lukenj, način, kako raztrgajo bližnje zvezde, in kako njihova izjemna energija lahko oblikuje galaksije v njihovi okolici, je povedal Alex Filippenko, ugledni profesor astronomije na Univerzi v Kaliforniji v Berkeleyju. Filippenko sicer ni sodeloval pri novi raziskavi, a je njegovo delo postavilo trdne temelje za razumevanje fizike aktivnih galaktičnih jeder.

"Ko supermasivna črna luknja nenadoma izbruhne v bleščečem izbruhu, to astronomom omogoči ogled nekaterih najbolj ekstremnih pojavov v vesolju iz prve vrste. "Z opazovanjem tega rekordno svetlega pojava so astronomi odprli novo okno v svet skrajne fizike galaktičnih središč, kjer se zvezde, plin in gravitacija spopadajo v najbolj nasilnih laboratorijih vesolja," je zapisal v odzivu.

*Avtorica: Ashley Strickland/CNN