Czarna dziura, która nie przestaje rosnąć w siłę

Supermasywna czarna dziura cierpiąca na kosmiczną „niestrawność” od czterech lat „odbija się” szczątkami rozerwanej gwiazdy – i nadal nie wykazuje oznak osłabienia, wynika z nowych badań prowadzonych przez astrofizyczkę z Uniwersytetu Oregonu

Strumień materii wyrzucany z czarnej dziury jest już kandydatem do jednego z najjaśniejszych i najbardziej energetycznych zjawisk, jakie kiedykolwiek zaobserwowano we Wszechświecie. Naukowcy zgromadzili obecnie wystarczającą ilość danych, by przewidzieć, że strumień fal radiowych emitowanych przez czarną dziurę będzie nadal wykładniczo narastał, osiągając maksimum w 2027 r.

„To naprawdę niezwykłe” – twierdzi Yvette Cendes, astrofizyczka z Uniwersytetu Oregonu, która kierowała badaniami. „Trudno mi wskazać cokolwiek, czego jasność rosłaby w ten sposób przez tak długi czas. Cendes i jej zespół opublikowali wyniki swoich badań w Astrophysical Journal.

Astrofizycy udokumentowali już wiele przypadków, w których gwiazda zbliża się zbyt blisko czarnej dziury i zostaje rozerwana przez jej pole grawitacyjne, nie przekraczając jednak horyzontu zdarzeń – granicy, zza której nie ma powrotu. Zjawisko to nazywane jest „zdarzeniem rozerwania pływowego” (tidal disruption event), ponieważ wynika z tych samych oddziaływań grawitacyjnych, które na Ziemi powodują pływy oceaniczne.

W tym przypadku jednak siły grawitacyjne rozciągają gwiazdę i rozrywają ją w procesie obrazowo określanym jako „spaghetyfikacja”. Jak podkreśliła Cendes, emisja tak ogromnej ilości energii przez czarną dziurę wiele lat po „pochłonięciu” gwiazdy jest zjawiskiem bez precedensu.

W 2018 r., gdy Cendes była stażystką podoktorską na Uniwersytecie Harvarda, jeden z jej współpracowników zauważył to zdarzenie rozerwania pływowego za pomocą teleskopu optycznego. Wówczas było to – jak powiedziała – „najbardziej zwyczajne, rutynowe zdarzenie”, które nie wzbudziło większego zainteresowania.

Kilka lat później Cendes dostrzegła jednak coś dziwnego: choć czarna dziura początkowo nie wykazywała szczególnej aktywności po rozerwaniu gwiazdy, teraz zaczęła emitować ogromne ilości energii w postaci fal radiowych.

Zaintrygowana, wraz ze współpracownikami rozpoczęła dokładniejsze obserwacje obiektu. Pierwsze wyniki opublikowali w 2022 r. w Astrophysical Journal. Od tego czasu kontynuują obserwacje. I czarna dziura nadal ich zaskakuje.

Oficjalna naukowa nazwa obiektu to AT2018hyz, choć Cendes preferuje przydomek „Jetty McJetface”, nawiązujący do słynnego internetowego żartu z brytyjskim statkiem badawczym Boaty McBoatface.

W najnowszej publikacji Cendes i jej współpracownicy pokazują, że energia emitowana przez czarną dziurę w ostatnich latach nadal gwałtownie rosła. Obecnie jest ona 50 razy większa niż w momencie wykrycia w 2019 r.

Obliczenia wskazują również, że promieniowanie pochodzące z rozerwanej gwiazdy jest emitowane w jednym kierunku w postaci pojedynczego strumienia (dżetu). Może to wyjaśniać, dlaczego początkowo nie zostało wykryte – jeśli strumień nie był skierowany w stronę Ziemi. Ostateczne potwierdzenie tej hipotezy będzie jednak możliwe dopiero wtedy, gdy emisja osiągnie maksimum w ciągu najbliższych kilku lat.

Naukowcy obliczyli aktualny poziom emisji energii i uzyskali zdumiewający wynik – porównywalny z rozbłyskami gamma, które należą do najpotężniejszych znanych zjawisk we Wszechświecie. Może to oznaczać, że mamy do czynienia z jednym z najbardziej energetycznych pojedynczych wydarzeń, jakie kiedykolwiek zaobserwowano.

Dla porównania: fani Gwiezdnych wojen obliczyli kiedyś, ile energii emitowałaby słynna Gwiazda Śmierci. Ta czarna dziura emituje co najmniej bilion razy więcej energii, a być może nawet sto bilionów razy więcej.

Ostatecznie dopiero czas pokaże, jak wysoki poziom osiągnie emisja. Zespół Cendes nadal monitoruje obiekt, by sprawdzić, czy ich prognozy się potwierdzą.

Tymczasem badaczka poszukuje innych czarnych dziur, które mogłyby wykazywać podobne zjawisko. Nikt wcześniej nie zaobserwował niczego takiego, ale – jak zauważyła – może to wynikać z faktu, że po prostu nikt wcześniej tego nie szukał.

Uzyskanie czasu obserwacyjnego na międzynarodowych teleskopach jest bardzo konkurencyjne, a – jak podkreśliła Cendes – „jeśli widzisz eksplozję, nie oczekujesz, że coś będzie się działo wiele lat później, skoro wcześniej niczego nie zaobserwowano”.

Teraz jednak naukowcy wiedzą już, że warto patrzeć.

• aktualności
• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi