Astronomowie namierzyli osieroconą supermasywną czarną dziurę, która rozerwała gwiazdę na obrzeżach galaktyki

Supermasywne czarne dziury prawie zawsze siedzą dokładnie w centrach galaktyk – to jedna z podstawowych zasad astrofizyki. Tymczasem zespół kierowany przez Roberta Steina z Uniwersytetu Maryland w College Park i Centrum Lotów Kosmicznych imienia Goddarda namierzył jedną z nich ponad 30 tysięcy lat świetlnych od jądra macierzystej galaktyki, w chwili gdy pożerała przelatującą zbyt blisko gwiazdę. To najdalej wysunięty od centrum przypadek tego typu zjawiska, jaki kiedykolwiek potwierdzono.

Nietypowe miejsce znanego zjawiska

Kiedy gwiazda za bardzo zbliży się do czarnej dziury, siły pływowe rozrywają ją na strzępy, a z rozgrzanej materii na chwilę tworzy się jasny, gorący dysk – to tak zwane zjawisko rozerwania pływowego. Rocznie astronomowie rejestrują w całym Wszechświecie około 30 takich epizodów, choć w skali pojedynczej galaktyki wydarzają się one średnio raz na 100 tysięcy lat. Do niedawna obserwowano je wyłącznie w jądrach galaktyk – po prostu dlatego, że tam właśnie znajdują się wszystkie znane supermasywne czarne dziury, a lżejsze obiekty nie mają dość grawitacji, by rozerwać gwiazdę. Wcześniej, dzięki obserwacjom Teleskopu Hubble’a, odnaleziono pierwszy taki przypadek 2600 lat świetlnych od centrum galaktyki, co skłoniło astronomów do poszukiwań poza jądrami galaktyk. Nowe odkrycie przesuwa tę granicę ponad dziesięciokrotnie dalej.

Jak namierzono wędrującą olbrzymkę

Historia zaczęła się w listopadzie 2025 roku, gdy przegląd nieba ZTF (Zwicky Transient Facility), prowadzony przez Obserwatorium Palomar w Kalifornii, zarejestrował niezwykłe rozjaśnienie w galaktyce WISEA J014656.04-152214.7, odległej o około 750 milionów lat świetlnych, w gwiazdozbiorze Wieloryba. Wśród pół miliona błysków wykrywanych co noc przez ZTF, algorytm sztucznej inteligencji wyłowił sygnał przypominający rozerwanie pływowe, mimo jego zaskakującego położenia na obrzeżach galaktyki. Przez kilka miesięcy zjawisko jaśniało w ultrafiolecie mocniej niż cała macierzysta galaktyka, promieniując z mocą porównywalną do 10 miliardów Słońc.

Do potwierdzenia natury zjawiska posłużyły dalsze obserwacje. Teleskop SOAR w Chile zarejestrował widmo potwierdzające cechy typowe dla rozerwania pływowego, a instrument UVOT na pokładzie satelity Swift zmierzył temperaturę obłoku szczątków gwiazdy – sięgającą około 30 tysięcy stopni Celsjusza. Dopiero połączenie tych danych pozwoliło wykluczyć inne wyjaśnienia i potwierdzić, że to właśnie czarna dziura o masie około miliona mas Słońca pożarła gwiazdę z dala od jądra galaktyki. Wyniki, opisane w artykule zespołu Steina, ukazały się 27 lipca w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters.

Skąd wzięła się osierocona czarna dziura

Naukowcy zaproponowali dwa scenariusze wyjaśniające obecność masywnego obiektu z dala od centrum galaktyki. W pierwszym trzy lub więcej galaktyk połączyło się w przeszłości, a grawitacyjne przeciąganie liny między ich centralnymi czarnymi dziurami wyrzuciło najlżejszą z nich na obrzeże powstałego układu. W drugim scenariuszu proces łączenia się galaktyk wciąż trwa – galaktyka karłowata jest w trakcie wchłaniania przez większą, a jedna z jej gwiazd przypadkiem przeleciała zbyt blisko czarnej dziury tej mniejszej galaktyki, wciąż wędrującej po zewnętrznych rejonach większego układu.

Kluczowe pytanie, na które chcemy odpowiedzieć, brzmi: jak powszechne są wędrujące czarne dziury? – mówi Robert Stein. Odpowiedź może przyjść szybciej, niż się spodziewano. Satelita Swift, który od ponad 20 lat obserwuje zmienny Wszechświat, czeka obecnie na manewr podniesienia orbity, który ma wydłużyć jego żywotność – po jego zakończeniu instrument wróci do polowania na kolejne przykłady takich osieroconych olbrzymów. W kolejnych latach do poszukiwań dołączą też nowo uruchomione Obserwatorium im. Very C. Rubin w Chile oraz szykowany do startu Teleskop Nancy Grace Roman, który dzięki swojemu zasięgowi pozwoli wypatrywać podobnych zjawisk nawet w galaktykach widocznych sprzed 9 miliardów lat.

Źródła

Główne:

• NASA Science, NASA’s Swift Sees ‘Wandering’ Mega Black Hole Shredding Star,
• Stein et al., The Astrophysical Journal Letters

Kontekstowe:

• ScienceDaily, Blazing like 10 billion suns: NASA’s Swift sees a wandering black hole devouring a star

Opracowanie: Agnieszka Nowak