Geeft een ver zwart gat een nieuwe definitie van pijn en lijden?
Het zwarte gat, genaamd XJ1500 + 0154, lijkt het echte equivalent te zijn van de Pit of Carkoon, de broedplaats van de almachtige Sarlacc in Star Wars, die langzaam zijn slachtoffers verteerde.
Meer dan tien jaar geleden scheurde dit gigantische zwarte gat een ster uit elkaar en heeft sindsdien een zeer lange lunch voortgezet, waarbij hij zich tegoed deed aan de overblijfselen van de sterren. Astronomen hebben deze langzame ‘vertering’ nauwlettend in de gaten gehouden omdat het zo ongebruikelijk is voor zogenaamde tidal disruption events (TDE's), waarbij getijdenkrachten van zwarte gaten sterren uit elkaar scheuren.
"We zijn getuige geweest van de spectaculaire en langdurige ondergang van een ster", zei Dacheng Lin van de Universiteit van New Hampshire in Durham, New Hampshire, die de observaties van deze gebeurtenis leidde. "Er zijn sinds de jaren negentig tientallen gebeurtenissen van verstoring van de getijden waargenomen, maar geen daarvan bleef bijna even lang helder als deze."
Dit tien jaar durende feest duurt tien keer langer dan enig ander waargenomen TDE.
XJ1500 + 0154 bevindt zich in een klein sterrenstelsel op ongeveer 1,8 miljard lichtjaar van de aarde en drie telescopen hebben dit röntgenevenement in de gaten gehouden: het Chandra X-ray Observatory, de Swift-satelliet en de XMM-Newton.
TDE's verschillen van een andere, meer gebruikelijke, aan zwarte gaten gerelateerde bron van röntgenstralen in de melkweg, actieve galactische kernen (AGN). Net als de vertering van de Sarlacc, kunnen AGN's echt duizenden jaren meegaan. Dit zijn superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels die het omringende gas naar binnen trekken en 'een grote hoeveelheid straling uitzenden, inclusief röntgenstralen', legde Lin uit in een blogpost op de Chandra-website. "De straling van AGN's varieert niet veel omdat het gas eromheen zich op grote schaal uitstrekt en tienduizenden jaren kan meegaan."
TDE's daarentegen hebben een relatief korte levensduur en duren slechts enkele maanden. Tijdens een TDE wordt een deel van het stellaire puin met hoge snelheden naar buiten geslingerd, terwijl de rest naar het zwarte gat valt. Terwijl het naar binnen reist om te worden geconsumeerd door het zwarte gat, warmt het materiaal op tot miljoenen graden, waardoor een duidelijke röntgenstraling ontstaat.
XJ1500 + 0154 heeft gezorgd voor een buitengewoon lange, heldere fase van meer dan tien jaar. Lin en zijn team zeiden dat één verklaring de meest massieve ster ooit zou kunnen zijn die tijdens een TDE volledig uit elkaar wordt gescheurd.
"Om de gebeurtenis zo lang te laten duren met zo'n hoge helderheid, is een volledige verstoring van een relatief zware ster, ongeveer tweemaal de massa van de zon, vereist", schreef Lin; echter, “verstoring van zulke zware sterren door de SMBH is zeer onwaarschijnlijk omdat sterren die zo massief zijn in de meeste sterrenstelsels zeldzaam zijn, tenzij de melkweg jong is en actief sterren vormt, zoals in ons geval.
Een andere, meer waarschijnlijke verklaring is dat dit de eerste TDE is waarbij een kleinere ster volledig uit elkaar werd gescheurd.
Lin zei ook dat deze gebeurtenis brede implicaties heeft voor de fysica van zwarte gaten.
"Om de superlange duur van ons evenement volledig uit te leggen, is de toepassing van recente theoretische vooruitgang bij de studie van TDE's vereist", schreef hij. “In de afgelopen twee jaar ontdekten verschillende groepen onafhankelijk van elkaar dat het lang kan duren na de verstoring van de ster dat het stellaire puin zich op de accretieschijf en in de SMBH nestelt. Daarom kan het evenement veel langzamer evolueren dan eerder werd gedacht. ”
Bovendien geven de röntgengegevens ook aan dat de straling van materiaal rond dit zwarte gat consequent de Eddington-limiet heeft overschreden, die wordt gedefinieerd als een balans tussen de uitgaande stralingsdruk van het hete gas en de naar binnen trekkende zwaartekracht van het zwarte gat.
Het zien van bewijs van een dergelijke snelle groei kan astronomen helpen begrijpen hoe superzware zwarte gaten massa's konden bereiken die ongeveer een miljard keer hoger waren dan de zon toen het universum nog maar ongeveer een miljard jaar oud was.
"Dit evenement laat zien dat zwarte gaten echt buitengewoon snel kunnen groeien", zegt co-auteur Stefanie Komossa van QianNan Normal University for Nationalities in Duyun City, China. 'Dit kan helpen te begrijpen hoe vroegrijpe zwarte gaten zijn ontstaan.'
Lin en zijn team zullen dit evenement blijven volgen en ze verwachten dat de helderheid van de röntgenstraling de komende jaren zal afnemen, wat betekent dat de voorraad 'voedsel' voor deze lange lunch snel zal worden geconsumeerd.
Voor verder lezen:
Paper: Een waarschijnlijke aanhoudende verstoring door getijden gedurende tien jaar
Lin's blogpost op de Chandra-website
Chandra persbericht
Extra afbeeldingen en informatie van Chandra
