O stea s-a apropiat prea mult de o gaură neagră şi astronomii observă ultimii săi ani de viaţă / Gaura neagră botezată „Ansky” produce erupţii de raze X cu o periodicitate de aproximativ 4 zile şi jumătate

O stea din galaxia LEDA 3091738 aflată la 300 de milioane de ani lumină s-a apropiat prea mult de gaura neagră supermasivă din centrul acestei galaxii şi, conform astronomilor, în mai puţin de 6 ani ar putea fi complet distrusă de aceasta, transmite luni Space.com, transmite Agerpres.

Conform studiului publicat de astronomi în numărul din 6 mai al The Astrophysical Journal, gaura neagră supermasivă numită neoficial „Ansky” este orbitată de un obiect de cu o masă mult mai mică. Acest nume este derivat din numele de catalog al găurii negre, ZTF10acnsky, după ce activitatea sa a fost observată în cadrul Zwicky Transient Facility, pe Telescopul Samuel Oschin de la Observatorul californian Palomar în 2019.

Conform studiului, Ansky produce erupţii de raze X cu o periodicitate de aproximativ 4 zile şi jumătate, iar fiecare erupţie durează o zi şi jumătate după care se opreşte şi ciclul se reia. Astronomii numesc acest fenomen „erupţii cvasi-periodice” (QPE). Până în prezent au fost descoperite doar 8 surse de QPE în întregul Univers cunoscut, iar gaura neagră Ansky produce cele mai energetice erupţii dintre cele opt.

Aceste observaţii au fost realizate de o echipă de astronomi coordonată de Joheem Chakraborty, cercetător la Massachusetts Institute of Technology. Echipa de astronomi a avut acces la instrumentul NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) ce este amplasat pe exteriorul Staţiei Spaţiale Internaţionale (ISS) precum şi la telescopul spaţial XMM-Newton, aparţinând Agenţiei Spaţiale Europene.

„Aceste QPE sunt fenomene misterioase şi extraordinar de interesante”, a declarat Joheem Chakraborty. „Unul dintre cele mai interesante aspecte sunt legate de natura cvasi-periodică a acestor fenomene. Încă lucrăm la metodologiile şi cadrul de care avem nevoie pentru a înţelege ce produce aceste fenomene, iar proprietăţile neobişnuite ale lui Ansky ne ajută să îmbunătăţim aceste unelte”, a mai susţinut el.

Gaura neagră supermasivă Ansky are o masă de ordinul unui milion de sori. Ea este înconjurată de un aşa-numit disc de acreţie, care este un tor de gaze fierbinţi care se învârt în jurul găurii negre, aşteptând să fie consumate. Între timp, un obiect de masă stelară obitează foarte aproape de această gaură neagră şi trece periodic prin discul de acreţie. În acele momente, unde de şoc străbat acest discul de acreţie iar temperatura gazelor creşte în apropierea punctului de intrare al stelei. Gazele fierbinţi sunt expulzate din calea orbitală a stelei, producându-se nişte uriaşe erupţii de materii superfierbinţi ce sunt proiectate în spaţiu. Încălzirea acestor gaze expluzate din discul de acreţie produce fenomenul QPE.

„În majoritatea sistemelor QPE, o gaura neagră supermasivă probabil că dislocă materie dintr-o stea aflată pe o orbită prea apropiată, generând un disc mai mic, foarte apropiat de ea”, susţine Lorena Hernández-García de la Universitatea din Valparaiso, Chile. Ea a condus echipa de astronomi care a descoperit gaura neagră Ansky în 2019. „În cazul lui Ansky, noi credem că discul este mult mai mare şi poate include obiecte mai îndepărtate, generând intervalele de timp mai lungi pe care le observăm”.

Echipa coordonată de Chakraborty a observat gaura neagră Ansky cu dispozitivul NICER de 16 ori pe zi în perioada mai – iulie 2024, monitorizând periodicitatea erupţiilor şi orice modificări ale acestei periodicităţi. După ce au adăugat datele obţinute de la telescopul spaţial european XMM-Newton, astronomii au descoperit că obiectul din apropierea lui Ansky este o stea care îşi trăieşte ultimele clipe.

Energia orbitală a stelei este suficientă pentru a încălzi gazul din discul de acreţie al găurii negre şi apoi produce erupţii ale unei mase de materie echivalentă planetei Jupiter la viteze de până la 15% din viteza luminii. De fiecare dată când steaua plonjează prin discul de acreţie şi produce fenomenul QPE, pierde o parte din energia orbitală, ceea ce o face să se apropie din ce în ce mai mult de gaura neagră.

Presupunând că această stea are aceeaşi masă ca şi Soarele, se vor mai produce aproximativ 400 de fenomene QPE, într-un interval de timp de 2000 de zile, sau 5 până la 6 ani, până când steaua îşi va pierde întreaga energie orbitală. În cadrul acestui proces, orbita ei se micşorează, iar frecvenţa de producere a erupţiilor QPE va creşte, până când steaua va fi complet distrusă de forţele gravitaţionale mareice ale găurii negre. Dacă steaua are masa mai mare decât Soarele, atunci va supravieţui o perioadă mai lungă de timp.

În ambele cazuri, micşorarea orbitei acestei stele, corelată cu o frecvenţă mai ridicată de producere a erupţiilor QPE, vor putea fi observate în următorii ani. Modificarea frecvenţei de producere a fenomenelor QPE va face posibilă şi calcularea cu precizie a masei stelare.

„Vom observa gaura neagră Ansky cât de mult vom putea. Încă suntem la începutul înţelegerii fenomenelor QPE. Avem foarte multe de învăţat”, a mai susţinut Chakraborty.

Instrumentele NICER şi XMM-Newton vor continua să monitorizeze gaura neagră, adunând datele necesare pentru a estima când steaua respectivă îşi va pierde energia orbitală şi va fi consumată de Ansky. Atunci când acest ultim act se va produce, va fi eliberată o cantitate colosală de energie, iar astronomii vor putea observa, în timp real, întregul proces de distrugere a unei stele.