Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Forschern der University of Birmingham, des University College London und der Queen’s University Belfast hat einen der dramatischsten „Einschaltvorgänge“ eines Schwarzen Lochs entdeckt, die je gesehen wurden. Sie werden ihre Ergebnisse am Dienstag, 4. Juli, beim National Astronomy Meeting 2023 in Cardiff vorstellen. Die Arbeit wird auch in veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
J221951-484240, bekannt als J221951, ist einer der leuchtendsten Transienten – astrophysikalische Objekte, die ihre Helligkeit über einen kurzen Zeitraum ändern –, die jemals aufgezeichnet wurden. Es wurde von Dr. Samantha Oates, einer Astronomin an der Universität Birmingham, und ihrem Team im September 2019 entdeckt, als sie nach dem elektromagnetischen Licht eines Gravitationswellenereignisses suchten. Das Team nutzte das Ultraviolett- und optische Teleskop an Bord des Neil Gehrels Swift Observatory, um nach einer Kilonova zu suchen, dem Zeichen einer Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem anderen Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch. Eine Kilonova erscheint typischerweise blau, verblasst dann und nimmt über einen Zeitraum von Tagen eine stärker rötliche Farbe an. Stattdessen fanden sie etwas noch Ungewöhnlicheres: J221951. Der Übergang erschien blau, änderte jedoch nicht seine Farbe und verblasste nicht so schnell, wie es bei einer Kilonova der Fall wäre.
Mehrere Teleskope wurden verwendet, um J221951 weiterzuverfolgen und seine Natur zu bestimmen, darunter das Swift/UVOT- und Hubble-Weltraumteleskop der NASA, das South African Large Telescope und ESO-Einrichtungen wie das Very Large Telescope und das GROND-Instrument auf dem MPG/ESO 2.2- Meter-Teleskop am La Silla-Observatorium.
Ein mit dem Hubble-Weltraumteleskop aufgenommenes Spektrum von J221951 schloss den Zusammenhang von J221951 mit dem Gravitationswellenereignis aus. Durch die Untersuchung des Lichtspektrums von J221951 konnten Dr. Oates und ihr Team feststellen, dass die Quelle etwa 10 Milliarden Lichtjahre entfernt ist, im Gegensatz zum Gravitationswellensignal, das weniger als 0,5 Milliarden Lichtjahre entfernt entdeckt wurde. Die Tatsache, dass es in so großer Entfernung so hell leuchtet, macht J221951 zu einem der leuchtendsten Transienten, die jemals entdeckt wurden.
Es gibt Hinweise darauf, dass J221951 durch die sehr schnelle Nahrungsaufnahme eines supermassereichen Schwarzen Lochs durch umgebendes Material entstanden ist. Vor ihrer Entdeckung wurde am Standort J221951 eine rote Galaxie beobachtet, und der Standort von J221951 stimmt mit dem Zentrum der Galaxie überein, wo sich natürlicherweise ein massereiches Schwarzes Loch befinden würde. Es begann sehr plötzlich zu leuchten – etwa zehn Monate vor der ersten Entdeckung –, was bedeutet, dass das Schwarze Loch sehr schnell zu fressen begann, nachdem es eine Zeit lang ruhig gewesen war. Das ultraviolette Spektrum weist Absorptionsmerkmale auf, die mit Material übereinstimmen, das durch eine enorme Energiefreisetzung nach außen gedrückt wird. In Kombination mit seiner großen Leuchtkraft ist dies einer der dramatischsten „Einschaltvorgänge“ eines Schwarzen Lochs, die je gesehen wurden.
Das Team hat zwei mögliche Mechanismen identifiziert, die diese extreme Speisung eines supermassiven Schwarzen Lochs erklären könnten. Erstens könnte es durch eine Gezeitenstörung verursacht worden sein – die Störung eines Sterns, der sich dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum seiner Galaxie nähert. Zweitens könnte es von einem aktiven galaktischen Kern erzeugt worden sein, der seinen Zustand vom Ruhezustand in den aktiven Zustand ändert. J221951 wäre dann das Signal dafür, dass ein ruhendes Schwarzes Loch im Zentrum der Heimatgalaxie begonnen hat, sich von Material aus einer Akkretionsscheibe zu ernähren.
Dr. Matt Nicholl, ein Mitglied des Teams von der Queen’s University Belfast, sagte: „Unser Verständnis der verschiedenen Dinge, die supermassive Schwarze Löcher bewirken können, hat sich in den letzten Jahren erheblich erweitert, da wir entdeckt haben, dass Sterne auseinandergerissen werden und Schwarze Löcher enorm anwachsen.“ variable Leuchtstärken.“ Er fügt hinzu: „J221951 ist eines der bisher extremsten Beispiele dafür, dass ein Schwarzes Loch uns überrascht. Die kontinuierliche Überwachung von J221951 zur Ermittlung der gesamten Energiefreisetzung könnte es uns ermöglichen, herauszufinden, ob es sich um eine Gezeitenstörung eines Sterns durch ein Sternchen handelt.“ ein sich schnell drehendes Schwarzes Loch oder eine neue Art von AGN-Einschaltung“.
Dr. N. Paul Kuin, ein weiteres Mitglied des Teams vom Mullard Space Science Laboratory am University College London, sagte: „Die entscheidende Entdeckung war, als das ultraviolette Spektrum von Hubble einen galaktischen Ursprung ausschloss. Das zeigt, wie wichtig es ist, dies aufrechtzuerhalten.“ eine weltraumgestützte UV-Spektrographenfähigkeit für die Zukunft.“
Dr. Samantha Oates fügt hinzu: „In Zukunft werden wir in der Lage sein, wichtige Hinweise zu erhalten, die dabei helfen, zwischen dem Gezeitenstörungsereignis und aktiven galaktischen Kernszenarien zu unterscheiden. Wenn beispielsweise J221951 mit einem AGN-Einschalten verbunden ist, können wir damit rechnen, dass es stoppt.“ Wenn es sich bei J221951 um ein Gezeitenstörungsereignis handelt, würden wir damit rechnen, dass es weiter verblasst. Wir müssen J221951 in den nächsten Monaten bis Jahren weiter beobachten, um sein spätes Verhalten zu erfassen.“
Mehr Informationen:
SR Oates et al., Swift/UVOT-Entdeckung von Swift J221951-484240: ein UV-leuchtender mehrdeutiger nuklearer Transient, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2307.01044