Tähtitieteilijät ovat nähneet mustan aukon aktivoitumisen reaaliajassa

Vuoden 2019 lopulla aiemmin himmeä galaksi SDSS1335+0728 alkoi yhtäkkiä loistaa kirkkaammin kuin koskaan aiemmin. Ymmärtääkseen ilmiötä tähtitieteilijät ovat hyödyntäneet useiden avaruus- ja maapäällisten observatorioiden, kuten Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopin, tietoja tutkiakseen miten galaksin kirkkaus on vaihdellut. Tänään julkaistussa tutkimuksessa he toteavat, että he ovat todistamassa sellaisia muutoksia, joita galaksissa ei ole koskaan aiemmin nähty. Nämä ovat todennäköisesti seurausta galaksin ytimessä olevan massiivisen mustan aukon äkillisestä aktivoitumisesta.

Loppuvuodesta 2019 galaksi SDSS1335+0728 alkoi yhtäkkiä loistaa kirkkaammin kuin koskaan aiemmin. Se luokiteltiin aktiiviseksi galaktiseksi ytimeksi, jonka voimanlähteenä toimii galaksin ytimessä oleva massiivinen musta aukko. Tämä on ensimmäinen kerta, kun massiivisen mustan aukon aktivoituminen on havaittu reaaliajassa. Tässä taiteilijan tekemässä havainnekuvassa näkyy mustan aukon ympärillä oleva ja kasvava materiaalikiekko, joka saa ympäristöstään lisää kaasua ja tästä syystä se kirkastuu edelleen.

Kuva ESO/M. Kornmesser

 

"Kuvittele, että olet havainnut kaukaista galaksia vuosien ajan, ja se on aina vaikuttanut rauhalliselta ja passiiviselta", sanoi Paula Sánchez Sáez, ESO:n tähtitieteilijä Saksassa ja Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistavaksi hyväksytyn tutkimuksen pääkirjoittaja. "Yhtäkkiä sen [ytimessä] alkaa näkyä dramaattisia epätyypillisiä kirkkauden muutoksia, joita emme ole aiemmin nähneet". SDSS1335+0728:lle tapahtui juuri näin. Sen jälkeen, kun se kirkastui dramaattisesti joulukuussa 2019, kohde on nyt luokiteltu aktiiviseksi galaksiytimeksi (AGN). AGN on kirkas kompakti alue, jonka voimanlähteenä on massiivinen musta aukko^[1].

Jotkin ilmiöt, kuten supernovaräjähdykset tai TDEt (tidal disruption events, vuorovesihäiriö), jossa tähti joutuu liian lähelle mustaa aukkoa ja repeytyy hajalle, voivat saada galaksit yhtäkkiä kirkastumaan. Nämä kirkkauden vaihtelut kestävät kuitenkin tyypillisesti vain muutamia kymmeniä tai korkeintaan muutamia satoja vuorokausia. SDSS1335+0728 kirkastuu edelleen yli neljä vuotta sen jälkeen, kun sen havaittiin ensimmäisen kerran. Lisäksi tässä 300 miljoonan valovuoden päässä Neitsyen tähdistössä sijaitsevassa galaksissa havaitut kirkkauden vaihtelut ovat täysin erilaisia kuin aiemmin havaitut, mikä viittaa tähtitieteilijöiden mielestä erilaiseen selitykseen.

Tutkimusryhmä yritti saada kirkkauden vaihteluille selvyyttä yhdistämällä useiden eri laitteiden arkistodataa ja uusia havaintoja, kuten dataa ESO:n VLT:n X-shooter-instrumentista, joka sijaitsee Chilen Atacaman autiomaassa^[2]. Verrattaessa ennen ja jälkeen joulukuun 2019 otettuja tietoja he havaitsivat, että SDSS1335+0728 lähettää nyt paljon enemmän valoa ultravioletti-, optisella ja infrapuna-aallonpituudella. Galaksi alkoi myös lähettää röntgensäteilyä helmikuussa 2024. "Tämä käyttäytyminen on ennennäkemätöntä", sanoi Sánchez Sáez, joka kuuluu myös Chilessä sijaitsevaan Millennium Institute of Astrophysics (MAS) -instituuttiin.

"Selkein tapa tämän ilmiön selittämiseksi on se, että näemme parhaillaan, miten galaksin [ydin] alkaa (...) aktivoitua", sanoi yksi tutkimuksen kirjoittajista Lorena Hernández García MAS:sta ja Valparaíson yliopistosta Chilessä. "Jos näin on, niin tämä olisi ensimmäinen kerta, kun näemme massiivisen mustan aukon aktivoituvan reaaliajassa".

Useimpien galaksien, kuten myös Linnunradan, keskellä on massiivinen musta aukko, joiden massa on yli satatuhatta kertaa Aurinkoamme massa. "Nämä jättimäiset hirviöt yleensä ”nukkuvat” eivätkä ole suoraan näkyvissä", kertoi yksi tutkimuksen tekijöistä Claudio Ricci Diego Portalesin yliopistosta, joka sijaitsee myös Chilessä. "SDSS1335+0728:n tapauksessa pystyimme havaitsemaan massiivisen mustan aukon ”heräämisen”, [joka] alkoi yhtäkkiä ”herkutella” ympäristöstään saatavilla olevalla kaasulla ja muuttui hyvin kirkkaaksi".

"[Tätä] prosessia (...) ei ole koskaan aiemmin havaittu", Hernández García sanoi. Aikaisemmissa tutkimuksissa on raportoitu galaksien muuttuvan aktiivisiksi useiden vuosien kuluessa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun itse prosessi, eli mustan aukon aktivoituminen on havaittu reaaliajassa. Ricci, joka kuuluu myös Pekingin yliopiston Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics -instituuttiin Kiinassa, lisäsi: "Tämä voisi tapahtua myös omalle Sgr A*:lle, siis galaksimme keskellä sijaitsevalle massiiviselle mustalle aukolle", mutta on epäselvää, kuinka todennäköistä tämä on.

Vaihtoehtoisten selitysten poissulkemiseksi tarvitaan vielä seurantahavaintoja.  On mahdollista, että kyseessä on epätavallisen hidas TDE-ilmiö tai jopa aivan uusi ilmiö. Jos kyseessä on TDE, niin tämä olisi pisin ja heikoin koskaan havaittu tällainen tapahtuma. "Riippumatta siitä, millaista vaihtelu on, [tämä galaksi] antaa arvokasta tietoa siitä, miten mustat aukot kasvavat ja kehittyvät", Sánchez Sáez sanoi. "Oletamme, että [VLT:n MUSE:n tai tulevan ELT:n (Extremely Large Telescope) vastaavat laiteet] uudet instrumentit ovat avainasemassa [galaksin kirkastumisen syiden] ymmärtämisessä".

Lisätietoja

[1] SDSS1335+0728 -galaksin epätavalliset kirkkausvaihtelut havaittiin Yhdysvalloissa sijaitsevalla Zwicky Transient Facility (ZTF) -teleskoopilla. Tämän jälkeen Chilen johtama Automatic Learning for the Rapid Classification of Events (ALeRCE) -ohjelma luokitteli SDSS1335+0728:n aktiiviseksi galaksiytimeksi.

[2] Tutkimusryhmä kokosi arkistodataa useista eri lähteistä: NASAn Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), Galaxy Evolution Explorer (GALEX), Two Micron All Sky Survey (2MASS), Sloan Digital Sky Survey (SDSS) sekä IKI:n ja DLR:n Spektr-RG-avaruusobservatorion eROSITA-instrumentista. Seurantahavaintoja tehtiin ESO:n VLT:n lisäksi Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR) -teleskoopilla, W. M. Keckin observatoriolla sekä NASA:n Neil Gehrels Swift -teleskoopilla ja Chandra X-ray -teleskoopilla

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: “SDSS1335+0728: The awakening of a ∼ 106M⊙ black hole”, joka julkaistaan Astronomy & Astrophysics -lehdessä.