Polscy astronomowie przeanalizowali próbkę ciekawych galaktyk. Łączy je to, że dość nagle włączyły swoją emisją na falach radiowych. W większości przypadków oznacza to zwykle, że ich supermasywna czarna dziura aktywowała się i zaczęła intensywniej ściągać na siebie materię, ale kilka z obiektów wygląda inaczej: ich galaktyki intensywnie tworzą nowe gwiazdy, centralne czarne dziury są mniejsze, a sposób zmian emisji radiowej przypomina znane przypadki pochłonięcia gwiazdy przez czarną dziurę. Autorzy badań sugerują, że część zjawisk typu radio transients może być faktycznie przypadkami rozerwania i pochłonięcia gwiazdy przez supermasywną czarną dziurę, a relacja obserwowana dla nich w danych WISE W3–radio może okazać się nowym sposobem rozróżniania tych dwóch przypadków zmian emisji w widmie radiowym.
Rozrywanie pływowe gwiazd (ang. Tidal Disruption Event, w skrócie TDE) to ciekawy sposób, w jaki czarne dziury mogą błyskawicznie unicestwiać gwiazdy. Wyobraźmy sobie gwiazdę, która przemieszcza się bardzo blisko supermasywnej czarnej dziury. Różnica sił grawitacyjnych działających na bliższą i dalszą część gwiazdy jest wówczas tak duża, że gwiazda zostaje dosłownie rozerwana na strzępy, po czym część jej materii zaczyna opadać na dziurę, powodując krótki epizod bardzo intensywnej akrecji. Zjawiska TDE obserwacyjnie wiążą się przy tym przede wszystkim z gwałtownymi zmianami jasności w zakresie optycznym, ultrafiolecie i promieniach X. Okazuje się jednak, że niektóre z nich produkują też emisję radiową. Może ona pochodzić z relatywistycznego dżetu, nierelatywistycznego wypływu materii czy szoku powstającego, gdy wyrzucona materia oddziałuje z otoczeniem.
Cały problem w identyfikowaniu zjawisk TDE przy użyciu danych radiowych polega na tym, że zmienność radiowa może również wynikać ze zwykłej zmienności aktywnego jądra galaktycznego. Pojawia się pytanie, czy taka przejściowa emisja na falach radiowych jest wynikiem chwilowej aktywacji aktywnego jądra galaktyki, czy śladem rozerwania gwiazdy przez czarną dziurę. Aby to lepiej zrozumieć, zespół przeanalizował 24 obiekty, w których emisja radiowa pojawiła się niedawno, czyli tzw. radio transients. Obiekty z tej próbki badano nie tylko pod względem emisji radiowej, ale w wielu zakresach widma. Astronomowie wykorzystali nowe dane optyczne z teleskopów Palomar i Keck, archiwalne widma z przeglądu SDSS, fotometrię optyczną, dane WISE i dane z wieloletniego monitoringu optycznego oraz obserwacji radiowych.
Co znaleziono? To ciekawy wynik, bo okazało się, że próbka nie jest jednorodna. Większość jej źródeł znajduje się w masywnych galaktykach eliptycznych, zdominowanych przez stare populacje gwiazd. W wielu przypadkach widma wskazują także na galaktyki Seyferta, typu LINER, lub słabe AGN-y. Co ważne, czarne dziury w tych obiektach są często bardzo masywne, o masach ponad 108 mas Słońca dla więcej niż połowy próbki. I właśnie to bardzo dobrze pasuje do interpretacji, w której zjawiska radio transients to zwykłe, nagłe uruchomienie lub zmiana tempa akrecji w AGN-ie.
Jednak jest i druga, ciekawsza grupa wśród analizowanych źródeł. Kilka obiektów zachowuje się inaczej: ich galaktyki mają wyraźne oznaki aktywnego formowania gwiazd, nie są typowymi starymi galaktykami eliptycznymi i mają znacznie mniejsze masy centralnych czarnych dziur. To ważne, ponieważ rozrywanie pływowe zachodzi łatwiej w pobliżu czarnej dziury o masie poniżej około 108 mas Słońca. W szczególności w przypadku bardzo masywnej nierotującej czarnej dziury gwiazda może zostać w całości pochłonięta, zanim zostanie rozerwana, więc typowe TDE nie zachodzi. Ponadto okazało się, że badanej próbce były dwa obiekty, które oprócz zmienności radiowej wykazują flary w podczerwieni. To interesujące, ponieważ podczerwone pojaśnienia mogą być związane z tym, że pył znajdujący się w otoczeniu pochłania wcześniejszą emisję związaną z TDE, a następnie wypromieniowuje tę otrzymaną energię właśnie w podczerwieni: jest to tzw. echo podczerwone, charakterystyczne dla części znanych przypadków TDE.
Autorzy wykorzystali także dane przeglądu WISE do sprawdzenia, czy badane obiekty przypominają galaktyki z AGN, galaktyki gwiazdotwórcze, kwazary czy inne znane przypadki TDE. Na diagramie kolor-kolor WISE zjawiska TDE nie układają się dokładnie w jeden punkt, ale większość znajduje się w obszarze związanym z populacją galaktyk gwiazdotwórczych. Natomiast większość zwykłych radio transients z próbki jest na wykresie bliżej populacji typowych galaktyk radiowych. I to pierwsza wskazówka, że środowisko galaktyki może pomóc rozróżnić TDE od zwykłej zmienności radiowej AGN- ów.
Porównano także jasność w paśmie WISE W3 ze strumieniem radiowym źródeł, patrząc na ewolucję danego źródła w czasie. To istotne. Dwa obiekty mogą mieć podobną jasność radiową dzisiaj, ale jeśli prześledzimy ich historię, mogą poruszać się po diagramie W3–radio w zupełnie inny sposób. Ewolucja kandydatów na TDE okazuje się podobna do ewolucji znanych TDE wykrytych początkowo w świetle widzialnym, ale które z czasem zaczęły emitować i fale radiowe. Natomiast pozostałe radio transients zachowują się bardziej jak zmienne AGN-y. Doprowadziło to autorów do wniosku, że relacja W3–radio może w przyszłości stać się diagnostyką pozwalającą odróżniać radiową aktywność procesów TDE od zwykłej zmienności AGN. Podkreślają jednak, że potrzebne są do tego dalsze obserwacje, a szczególnie monitoring wielozakresowy pozwalający łatwiej identyfikować TDE wśród źródeł radiowych.
Na ilustracji: Panel lewy: Wykres kolor-kolor z WISE dla obiektów przedstawionych w pracy (czerwone kropki). Dodatkowe punkty (czarne kropki, niebieski kwadrat i zielony trójkąt) przedstawiają odkryte w zakresie optycznym zdarzenia TDE. Kolorowe obłoki gęstości reprezentują następujące obiekty: radiogalaktyki (kropki zielone), galaktyki tworzące gwiazdy (niebieskie) oraz kwazary (żółte). Panel prawy: Wykres zależności gęstości strumienia w średniej podczerwieni (W3) od gęstości strumienia radiowego na częstotliwości 1,4 GHz dla źródeł przedstawionych w pracy. Czarne kropki, niebieski kwadrat i zielony trójkąt przedstawiają TDE odkryte metodami optycznymi. Dla przejrzystości nie pokazano słupków błędów ani górnych granic. Linie ciągłe i przerywane przedstawiają ewolucję gęstości strumienia radiowego dla poszczególnych źródeł, szczegółowo opisaną w publikacji. Główne populacje obiektów przedstawiono wyłącznie za pomocą konturów ich rozkładów gęstości: galaktyki radiowe (zielone), galaktyki gwiazdotwórcze (niebieskie) oraz kwazary (żółte). Dane referencyjne na obu panelach pochodzą z katalogów ROGUE I (Kozieł-Wierzbowska et al. 2021) i ROGUE II (Kozieł-Wierzbowska, w przygotowaniu). Główna linia przerywana (Panel prawy) wyznacza zależność SW3 = S1,4 GHz, która pozwala odróżnić radiogalaktyki od galaktyk gwiazdotwórczych na podstawie próby z katalogu ROGUE I (Publikacja Zespołu).
Czytaj więcej:
- Oryginalny artykuł
- Oryginalna publikacja: M. Kunert-Bajraszewska, D. Kozieł-Wierzbowska, Stern D. et al., Identifying tidal disruption events among radio transient galaxies, Astronomy & Astrophysics, 704, A3 (2025)
- Hubble obserwuje czarną dziurę rozrywającą przechwyconą gwiazdę
Przedstawione badania przeprowadzono m.in. w Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, przy wsparciu finansowemu Narodowego Centrum Nauki w ramach grantów 2017/26/E/ST9/00216 i 2021/43/B/ST9/03246.
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska / OAUJ w Krakowie
Na ilustracji:
Przykłady obrazów badanych galaktyk – "wycinki" fotografii w dziedzinie optycznej z przeglądu Pan-STARRS. Obserwowane źródło (w tym czarna dziura) znajduje się w centrum każdego zdjęcia. Skala wynosi 10′ (Publikacja Zespołu).
