A legtöbb galaxis középpontjában található szupermasszív fekete lyuk, amiknek a tömege néhány százezer és néhány milliárd naptömeg között változik. Megfigyelni viszont nem egyszerű őket, hatalmas gravitációs vonzásuk miatt még a fény sem tud kiszökni belsejükből – ha egy csillag viszont a közelükbe ér, észlelhetővé teszi a fekete lyukat is. A túl közel merészkedő csillagokat széttépik az erős árapály-erők, a törmelékekből kialakuló lapos korongból pedig szépen bespirálozik az anyag a fekete lyukba. Az árapály-katasztrófának (tidal disruption event, TDE) nevezett folyamat közben nagyenergiájú röntgen, UV, látható és rádió tartományba eső fény is megfigyelhető.

Tipikus árapály-katasztrófák során néhány hónapig tartó, fényes felvillanásokat figyelhetünk meg, amíg a fekete lyuk ,,elfogyasztja” a csillagot. Az XMM-Newton távcsővel viszont két különleges esetet is rögzítettek, amik ismétlődően bocsátanak ki erős röntgen és UV sugárzást az első felvillanás után is. Ebből arra lehet következtetni, hogy a csillagok nem semmisültek meg teljesen a fekete lyukkal való első találkozásuk közben.

A kutatást az Európai Déli Obszervatórium (European Southern Observatory, ESO) kutatója, Thomas Wevers és a németországi Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics kutatója, Zhu Liu vezették. Az eredményeik alapján a csillagok folytatják keringésüket a fekete lyuk körül, újra és újra összetalálkoznak vele, ami ismétlődő felfénylésekhez vezet. Ezt a jelenséget részleges árapály-katasztrófának nevezik.

A részleges árapály-katasztrófa fantáziarajza. A bal felső panelen látható, ahogyan a csillag (bal) megközelíti a fekete lyukat (jobb). A fekete lyuk közelebb vonzza a csillagot, a második képen látható, hogy az az árapály-erők miatt elkezd szétszakadni. A harmadik képen látszik, ahogyan a leszakított anyag narancssárgára színezett anyagáramként hullik a fekete lyukba, korongot képezve körötte (negyedik kép). A megmaradt csillaganyagot kékkel ábrázolták. Az ötödik panelen látható, ahogyan a fekete lyukat körülvevő anyagkorong elhalványodik, majd a hatodik panelen ismét összetalálkozik a megmaradt csillagmag a fekete lyukkal, ezúttal kevesebb anyagot leszakítva. (Forrás: ESA, XMM-Newton)

Kettő olyan galaxisban is sikerült ismétlődő felvillanásokat kimérni, amiknek szupermasszív fekete lyuk van a középpontjában. Ezek bőven a Tejúton kívül esnek, az egyik közel 900 millió fényévre, a másik pedig 1 milliárd fényévre található a mi galaxisunktól. Az egyik esemény a hangzatos eRASSt J045650.3−203750 nevet kapta, ugyanis a Spectrum-Roentgen-Gamma küldetés röntgen tartományon érzékeny eROSITA teleszkópjával fedezték fel. A 2021-es és 2022-es XMM-Newton megfigyelések alapján az eredeti első felvillanást körülbelül 223 naponta követték ismételt felfénylések. Zhu elmondása szerint a fekete lyuk szokatlanul drasztikus halványodást mutatott röntgen tartományon ahhoz képest, hogy két héttel korábban mekkora volt a fényessége, mikor az eROSITA kimérte. Az XMM-Newton távcsővel végzett követő mérések során beigazolódott, hogy valóban részleges árapály-katasztrófával van dolguk.

A másik hasonló árapály-katasztrófát az All-Sky Automated Survey for Supernovae felméréssel fedezték fel, így ez az AT2018fyk nevet kapta. UV és röntgen tartományon közel 500 napon keresztül roppant fényes volt, majd hirtelen elhalványodott. Ezután 2022 májusában az XMM-Newton távcső mérései az első felvillanás után 1200 nappal ismét drámai felfényesedést tapasztaltak röntgen és UV tartományon.

Az AT2018fyk részleges árapály-katasztrófát bemutató angol nyelvű animáció. (Forrás: Wevers, Coughlin, Pasham et al. 2022)

Összesen több mint 5 napon keresztül végeztek méréseket az XMM-Newton távcsővel, hogy szemmel tartsák a két forrásból érkező röntgen sugárzást. William Alston (ESA) elmondása szerint azért is különösen érdekesek ezek a megfigyelések, mert tipikus árapály-katasztrófák során néhány ezer évig nem számítunk újabb felfényesedésre. Mivel a felvillanások ilyen gyorsan követik egymást, arra következtethetünk, hogy a csillag nagyon közel keringhet a szupermasszív fekete lyukhoz. A megfigyelésekből készített tanulmányok szerint valószínűleg a széttépett csillag amiatt kerülhetett ilyen szoros pályára, mert a fekete lyuk egy kettőscsillag rendszerből szakíthatta ki.

Vannak galaxisok, amik folyamatosan aktívak, rendszeresen felfényesednek, ahogyan a központi fekete lyuk anyagot kebelez be. A két új XMM-Newton megfigyelés viszont olyan fekete lyukakból származik, amik általában sötétek és csendesek; most detektáltak először ismétlődő felvillanásokat inaktív galaxisokból. Az eredményeket összefoglaló tanulmányokat az Astronomy & Astrophyics, valamint az Astrophysical Journal Letters tudományos folyóiratokban publikálták. Mindkét fekete lyukat továbbra is szemmel tartják a várható újabb felfényesedések időpontjaiban. Elképzelhető, hogy csak csend és sötétség fogadja majd a megfigyelőket, amiből arra következtethetünk majd, hogy a legutolsó felvillanás során végleg bekebelezték a csillagaikat.

Forrás: ESA