Et eksempel på en helt ny type kosmisk eksplosion, der langt overgår de fleste supernovaer, kunne være resultatet af et lille eller mellemstort sort hul, der ødelægger en stjerne.
Eksplosionen, som har fået navnet AT2022aedm, blev set dukke op fra en rød galakse placeret omkring 2 milliarder lysår fra Jorden af astronomer, der brugte ATLAS-netværket af robotteleskoper placeret i Hawaii, Chile og Sydafrika. Det blev straks genkendt som noget, der aldrig var set før.
“Vi leder altid efter ting, der er lidt mærkelige og anderledes end standardtyperne af supernovaer, som vi finder hundredvis eller endda tusindvis af om året,” sagde Matt Nicholl, leder af teamet bag opdagelsen og en astrofysiker ved Queen’s University. University of Belfast, fortalte han Space.com. “AT2022aedm skilte sig ud, fordi det var en af de lyseste eksplosioner, vi nogensinde har set, og det var også en af de hurtigste til at falme efter dets højdepunkt.”
Eksplosionen opdaget af Nicholl og holdet udsendte op til 100 gange mere energi end en gennemsnitlig supernova. Ydermere, efterhånden som supernovaer falmer over måneder, observerede Nicholl, at AT2022aedm dæmpede til 1 % af sin oprindelige lysstyrke på kun 14 dage, hvorefter den forsvandt fuldstændigt. Det betyder, at AT2022aedm på kun to uger udsendte lige så meget energi, som solen vil udsende i løbet af sin 10 milliarder år lange levetid.
Relaterede: Sorte huller bliver ved med at “genoplive” stjerner, de ødelagde år tidligere, og astronomer ved ikke hvorfor
Det er ikke underligt, hvorfor AT2022aedm sendte chokbølger gennem holdet og tjente sig selv til en kategori for sig, hvor videnskabsmændene bag opdagelsen døbte den som den første “Luminous Fast Cooler” eller “LFC”. Det navn er et nik til de eksplosive kvaliteter og kærlighed, Nicholl og kolleger har til den engelske Premier League fodboldklub Liverpool Football Club, også kendt under forkortelsen “LFC”.
“Jeg tror nok, at den mest lovende forklaring på LFC’er som AT2022aedm er modeller, der indebærer ødelæggelse af stjerner af en sort hul“forklarede Nicholl.
Dette var den konklusion, han og hans kolleger nåede frem til ved først at eliminere et par andre hovedmistænkte.
De usædvanlige mistænkte: Hvordan fingeren er blevet peget mod ødelæggende sorte huller
Et af de første skridt taget af Nicholl og videnskabsmænd ved Queen’s University Belfast var at eliminere nogle af de sædvanlige skyldige i kosmiske katastrofer.
Eksplosionen lignede allerede ikke en supernova, da den var for kraftig og for hurtig, men stedet, hvor den opstod, var også med til at skelne denne LFC som noget helt nyt.
En af de mest almindelige typer supernovaer er en kerne-kollaps-supernova, der dannes, når enorme stjerner med en masse større end 8 gange solens masse løber tør for brændstof til kernefusion. Stjernernes kerner kan ikke længere bekæmpe tyngdekraften og kollapser til sidst. Dette efterlader et sort hul eller neutronstjerne i hjertet af stjerneaffald fra stjernens ydre lag.
“AT2022aedm kan ikke være en normal kerne-kollaps supernova, fordi galaksen, den er set i, kun har gamle lavmassestjerner; den har ikke mere end otte gange solens masse, og det er det, du skal bruge for at få en supernova”, forklarede Nicholl.
Alternativt opstår en anden almindelig rumeksplosion, en Type Ia-supernova, når stjernerester kaldet hvide dværge fjerner stof fra en ledsagerstjerne. Denne subtraktion af stof skubber den hvide dværg ud over den massegrænse, der er nødvendig for at udløse en supernova og skabe en neutronstjerne eller et sort hul, men disse begivenheder skaber en ensartet strålingsemission. Af denne grund kalder astronomer dem “standardlys” og bruger dem til præcist at måle kosmiske afstande.
AT2022aedm ligner dog intet.
Dette fik holdet til at pege fingeren mod sorte huller. Men allerede da lykkedes det at frikende de sædvanlige mistænkte.
Supermassive sorte huller er elimineret
Begivenheder, der ser sorte huller rive stjerner fra hinanden og derefter feste på stjerneresterne, er sjældne, men ikke ukendte. Astronomer har identificeret mange eksempler på disse såkaldte “Tidal Disruption Events” eller “TDE’er”, såvel som lyset, der udsendes under de voldelige procedurer.
TDE’er opstår normalt, når en stjerne begiver sig for tæt på et massivt supermassivt sort hul placeret i hjertet af en galakse. Dette sorte hul kan have masser af millioner, eller endda milliarder, gange så meget som vores sol. Gravitationspåvirkningerne fra disse monstrøse sorte huller genererer enorme tidevandskræfter i deres stjerner, der strækker og komprimerer stjernelegemer og river dem fra hinanden i en proces kaldet “spaghettificering”.
Nicholl og hans kolleger indså dog hurtigt, at denne LFC ikke kunne være resultatet af en hvilken som helst TDA drevet af et supermassivt sort hul. Igen, dette skyldes til dels, hvor LFC ser ud til at være kommet fra. Supermassive sorte huller findes i galaksernes hjerter, og Nicholl sagde, at AT2022aedm blev set langt fra centrum af sin hjemmegalakse. Det betyder, at et mindre sort hul (ikke i hjertet af en galakse) kan være synderen for denne LFC.
“Hvis du havde et sort hul med lavere masse, som var i et tæt miljø med masser af stjerner, og en af disse stjerner kom meget, meget tæt på det sorte hul, endda et stjernestort hul med en masse 10 til 100 gange større end hullet sort, ville solen stadig potentielt være i stand til at rive fra hinanden og fortære en af stjernerne,” fortsatte han.
Nicholl tilføjede, at han og holdet endnu ikke har udelukket en mere spændende mistænkt.
Muligheden forbliver, at LFC kan være værket af et “mellemstort” eller mellemstort sort hul, der ligger mellem stjerne-masse sorte huller og supermassive sorte huller i størrelse, med mellem 100 og et par tusinde gange massen af sol.
Dette er et fristende perspektiv, ikke kun fordi sorte huller med mellemmasse er forblevet uhåndgribelige, men også fordi at studere dem kunne hjælpe med at forklare, hvordan supermassive sorte huller voksede til så skræmmende størrelser tidligt i den kosmiske historie.
“Sorte huller med mellemmasse forventes at forbruge stjerner, og de behøver ikke nødvendigvis at være centrum af galakser, fordi de kunne være blevet udstødt fra midten af et større sort hul,” sagde Nicholl. “LFC’er kan potentielt være forbundet med mellemstore sorte huller, og hvis det er tilfældet, ville de give os en ny måde at forsøge at finde og forklare mellemstore sorte huller på.
“Dette er nok det vigtigste, du kan gøre for at prøve at forstå, hvordan supermassive sorte huller blev så store.”
Relaterede historier
— Var Oppenheimer, atombombens fader, også faderen til sorte huller?
— De mest ensomme sorte hul-monstre er måske også de mest sultne
— Kolliderende sorte huller kunne gemme sig i lyset af superluminerende kvasarer
Holdet har allerede gjort bemærkelsesværdige fremskridt i deres LFC-undersøgelse, idet de søgte gennem arkivdata for at finde to “kolde sager”, der matcher AT2022aedm, hvilket indikerer, at denne klasse af kraftige kosmiske eksplosioner er set før, men er blevet begravet i dataene, og det var sandsynligvis ikke set.
Næste skridt for Nicholl vil være at undersøge kuglehobe, som er utrolig tætte grupperinger af stjerner, der kan give de nødvendige betingelser for, at små eller mellemstore sorte huller kan ødelægge en stjerne og udløse en LFC.
Selvom denne forskning var vellykket, er spændingen ved at opdage noget helt nyt usandsynligt blevet mindre for astrofysikeren.
“Vi har kigget på himlen i lang tid, og nogle gange tror folk måske, at vi har set alt, hvad der er at se derude,” sluttede Nicholl. “Jeg synes, at ting som dette er virkelig spændende, fordi de minder os om, at universet stadig har mange overraskelser i vente, og at når vi bygger et nyt teleskop, vil vi opdage nye ting, der vil hjælpe os med at forstå vores univers. Bedre.”
Holdets forskning blev offentliggjort den 1. september i The Astrophysical Journal Letters.