Natuklasan ng mga Astronomong Tsino ang Ebidensiyang Spektral na Dalawang Beses Pinilas ng Black Hole ang Iisang Bituin

Dalawang pagsiklab ang nagtuturo sa iisang bituing nakaligtas

Lumilitaw na nakaligtas ang isang bituin sa malapitang pagdaan sa isang napakalaking black hole, ngunit bumalik ito at muling nawalan ng bahagi ng materyal nito. Natukoy ng mga astronomo sa University of Science and Technology of China (USTC) ang paulit-ulit na pangyayaring ito, ang AT 2022dbl, matapos itong muling magsimulang lumiwanag noong Enero 2024. Pinakamalakas nilang palatandaan ang kapansin-pansing pagkakatulad ng liwanag na inilabas sa dalawang pagsiklab nito.

Nalathala ang mga natuklasan noong Agosto 9, 2024, sa The Astrophysical Journal Letters. Sa anunsiyo tungkol sa pananaliksik nito, inilarawan ng USTC ang AT 2022dbl bilang unang paulit-ulit na bahagyang pagkagambala ng bituin dahil sa puwersang tidal na nakumpirma sa pamamagitan ng spektroskopya, ang pag-aaral ng liwanag na hinati-hati ayon sa mga wavelength nito.

Nangyayari ang isang tidal disruption event, o TDE, kapag dumaan ang isang bituin nang sapat na malapit sa isang napakalaking black hole upang punitin ng grabidad ang materyal mula rito. Nagbubunga ng matinding pagsiklab ang materyal habang papalapit ito sa black hole. Sa bahagyang pagkagambala, may bahagi ng bituing nakaliligtas, kaya maaari itong muling dumaan doon.

Mahalaga ang AT 2022dbl dahil hindi lamang tala ng isang bagay na dalawang beses lumiwanag ang nakuha ng mga mananaliksik. Magkahawig na magkahawig ang mga katangian ng emisyon sa dalawang pagsiklab, kabilang ang mga kaugnay ng nitrogen. Sinusuportahan ng mga katangiang ito ang konklusyon ng pangkat na malamang na nagmula sa iisang bituin ang materyal na sangkot sa dalawang yugtong ito.

Nababago rin ng tuklas kung paano maaaring bigyang-kahulugan ng mga astronomo ang mga tila karaniwang pagkagambala sa mga bituin. Ayon sa pangkat, kahawig ng karaniwang TDE ang bawat pagsiklab ng AT 2022dbl kung titingnan nang magkahiwalay. Ngunit mas masalimuot na kuwento ang lumitaw nang subaybayan ang bagay sa paglipas ng panahon: tila unti-unting nawawalan ng materyal ang isang bituin sa sunod-sunod na pagdaan, sa halip na maglaho sa iisang pangyayari.

Paano nahihila ng black hole ang materyal mula sa isang bituin

Mas malakas ang puwersang hatak ng black hole sa bahaging pinakamalapit dito ng isang kalapit na bituin kaysa sa bahaging mas malayo. Kapag sapat na kalakas ang pagkakaibang iyon, nahahabaan ang bituin at maaaring mapunit ang materyal nito. Ang pagkakaiba sa hatak ng grabidad na ito ang puwersang tidal na pinagmulan ng pangalan ng pangyayari.

Inilalarawan ng salitang akresyon ang pagtitipon ng materyal sa palibot ng isang bagay at paggalaw nito papunta roon dahil sa grabidad. Sa isang TDE, umiinit ang mga labi ng bituin at naglalabas ng radyasyon habang nagaganap ang prosesong iyon. Natutukoy ng mga astronomo ang nagresultang pagsiklab, na nagbibigay-daan upang siyasatin ang isang pagdaang nagaganap sa napakalayong lugar na hindi direktang naoobserbahan.

Ipinaliwanag ng USTC na karaniwang mabilis na lumiliwanag ang isang TDE sa loob ng ilang sampung araw, saka unti-unting dumidilim sa loob ng ilang buwan o taon. Maaari ring sumunod sa katulad na padron ang bahagyang pagkagambala. Naiiba ito dahil may bituing nakaliligtas at maaaring manatili sa orbit na muling maglalapit dito sa black hole.

Para sa AT 2022dbl, itinuturing ng mga mananaliksik na ebidensiya ng paulit-ulit na prosesong ito ang muling pagsiklab at magkahawig na mga spectrum. Nagtataglay ang liwanag ng impormasyon tungkol sa materyal na nahihila palayo, habang ipinakikita ng muling pagliwanag na nagpatuloy muli ang aktibidad.

Bakit mahalaga ang magkahawig na mga spectrum

Hinahati ng spectrum ang liwanag ayon sa wavelength, gaya ng paghahati ng prisma sa nakikitang liwanag upang maging iba't ibang kulay. Nagbubunga ang mga atom at ion ng mga katangian sa partikular na mga wavelength. Ginagamit ng mga astronomo ang mga ito upang siyasatin ang komposisyon at pisikal na kalagayan ng materyal na pinagmumulan ng liwanag.

Lubhang magkahawig ang mga katangian ng emission line sa dalawang pagsiklab ng AT 2022dbl. Binigyang-diin ng USTC ang mga katangiang nagpapahiwatig ng di-pangkaraniwang mataas na kasaganaan ng mga elementong kaugnay ng mga reaksiyong nuklear sa loob ng mga bituin. Kabilang sa magkahawig na mga katangian ang mga linya ng emisyon ng N III, na inilalabas ng mga atomo ng nitrogen na nawalan ng dalawang elektron.

Itinuring ng pangkat ng pananaliksik na mahalagang palatandaan ang pagkakahawig ng kemikal na komposisyon, na nagpapakitang sangkot sa dalawang yugto ang materyal mula sa iisang bituin. Pinag-uugnay ng kanilang pangangatwiran ang muling paglitaw ng aktibidad at ang komposisyong ipinakikita ng liwanag: muling sumiklab ang bagay, at may kahawig na kahawig na lagdang kemikal ang emisyon nito.

Nauna rito, pangunahing sinusuportahan ng mga light curve, na nagpapakita ng pagbabago ng liwanag sa paglipas ng panahon, ang mga kandidatong paulit-ulit na tidal disruption. Ayon sa USTC, wala sa mga kasong iyon ang maihahambing na matibay na ebidensiya bukod sa pagbabago ng liwanag ng mga ito, at hindi malawak na tinanggap ang mga ito. Nagdagdag ang AT 2022dbl ng paghahambing ng mga spectrum mula sa dalawang pagsiklab, kaya mas matibay ang batayang obserbasyonal para sa paliwanag na paulit-ulit na bahagyang pagkagambala iyon.

Paano namataan ang ikalawang pagsiklab

Regular na ina-update ng pangkat ng USTC ang mga light curve ng mga kilalang tidal disruption event upang maghanap ng panibagong aktibidad. Dahil sa patuloy na pagsubaybay na ito, napansin ng mga mananaliksik ang muling pagliwanag ng AT 2022dbl noong Enero 2024 at nakapagsaayos sila ng mga obserbasyon habang umuunlad pa ang bagong pagsiklab.

Nagsagawa sila ng pagsubaybay gamit ang Swift satellite at ang pandaigdigang network ng mga teleskopyo ng Las Cumbres Observatory, na kilala bilang LCOGT. Sinukat ng mga obserbasyong ito ang pangyayari sa maraming banda ng wavelength, kaya nagkaroon ang pangkat ng mas malawak na tala ng pagbabago ng radyasyon nito kaysa sa maibibigay ng iisang banda.

Nakuha rin ng mga mananaliksik ang isang de-kalidad na spectrum mula sa maagang yugto gamit ang Hale telescope, na kilala bilang P200, sa Palomar Observatory sa United States. Nakatulong ang spectrum na ito upang matukoy na tidal disruption event ang bagong pagsiklab at maisagawa ang mahalagang paghahambing sa unang pagsiklab.

Kabilang sa mahahalagang hakbang ang:

• Enero 2024: Natukoy ng pangkat ang muling pagliwanag ng AT 2022dbl at sinimulan ang mga obserbasyon gamit ang Swift, LCOGT at Hale telescope ng Palomar.
• Agosto 9, 2024: Nalathala ang pag-aaral sa The Astrophysical Journal Letters sa pamagat na The Unluckiest Star: A Spectroscopically Confirmed Repeated Partial Tidal Disruption Event AT 2022dbl.

Mahalagang maagang namataan ang pagbabalik nito dahil nagbabago ang isang pagsiklab habang umuunlad ito. Dahil sa mabilis na mga obserbasyon, nakakuha ang mga mananaliksik ng spectrum mula sa maagang yugto ng ikalawang pangyayari, bukod pa sa mga sukat na sumusubaybay sa pagbabago ng liwanag nito.

Posibleng pinagmulan sa pares ng mga bituin

Iminumungkahi ng mga mananaliksik na maaaring kabilang noon sa isang binary system ang bituing nakaligtas, o sistemang binubuo ng dalawang bituin na umiikot sa isa't isa. Maaaring pinaghiwalay ng malapitang pagdaan sa black hole ang pares at naiwan ang isang bituin na nakatali sa black hole.

Sa paliwanag na ito, sumusunod ang nahuling bituin sa isang elipseng may napakataas na eksentrisidad. Inilalarawan ng eksentrisidad kung gaano kahaba o kapahaba ang isang orbit: nananatili sa halos pare-parehong distansiya ang isang bagay sa halos pabilog na orbit, samantalang mas malayo itong napupunta sa isang lubhang pahabang orbit bago muling lumapit.

Sa gayon, maaaring paulit-ulit na sumailalim ang bituin sa malalakas na puwersang tidal sa bawat malapit na pagdaan, mawalan pa ng materyal at magbunga ng panibagong pagsiklab. Nagbibigay ito ng pisikal na paliwanag kung paano makaliligtas ang isang bituin sa unang pagdaan at makababalik sa kalaunan upang muling mawalan ng materyal.

Paliwanag ng pangkat sa mga obserbasyon ang pinagmulan sa binary system at ang iminungkahing orbit; hindi pa kumpirmadong katotohanan ang mga ito. Walang kinumpirmang petsa para sa susunod na pagsiklab sa anunsiyo. Sa patuloy na pagsubaybay, makapaghahanap ang mga astronomo ng panibagong aktibidad at maihahambing ang anumang susunod na pangyayari sa unang dalawa.

Ano ang nagbabago sa pag-aaral ng pagkagambala sa mga bituin

Nagdudulot ang AT 2022dbl ng praktikal na suliranin sa pag-uuri ng mga pangyayaring ito: maaaring maging kahawig ng pagsiklab mula sa karaniwang TDE ang pagsiklab mula sa bahagyang pagkagambala sa isang bituin. Ayon sa mga mananaliksik, hindi maihihiwalay ang kilos ng bawat yugto sa mga karaniwang pangyayari.

Kung isang pagsiklab lamang ang inoobserbahan, maaaring maisama sa mga bagay na itinuturing na dumaan sa iisang pagkagambala ang mga bituing nakaligtas. Ayon sa USTC, higit na hindi napagtuunan ng pananaliksik tungkol sa mga optical TDE ang paulit-ulit na bahagyang pagkagambala, samantalang ipinahihiwatig ng tuklas na ito na maaaring mas karaniwan ang mga naturang pangyayari kaysa sa inakala noon.

Mahalaga ang pagkakaibang ito sa pagbibilang ng mga pangyayari at pag-aaral kung paano nawawalan ng materyal ang mga bituin malapit sa mga black hole. Iba ang kasaysayan ng populasyong kinabibilangan ng mga bituing paulit-ulit na bumabalik sa populasyong bawat pagsiklab ay kumakatawan sa huling pagdaan ng magkakaibang bituin. Nagbibigay ang AT 2022dbl ng kongkretong kasong mapag-aaralan ng mga mananaliksik habang muling sinusuri nila ang mga bilang at pisikal na modelo.

Mahalaga rin ang estratehiya sa pagmamasid. Maaaring mahuli ng regular na pagsuri sa mga kilalang bagay ang aktibidad na hindi mapapansin sa isang beses na obserbasyon para matuklasan ang mga ito. Sa kasong ito, nagbigay ng pangunahing ebidensiya ang pagsasama ng tuloy-tuloy na pagsukat ng liwanag, mabilis na pagtugon at spektroskopya.

Ang pangkat at paghahanap ng iba pang halimbawa

Si Zheyu Lin, doktoral na estudyante sa USTC, ang unang may-akda ng papel at kapwa gumabay sa kanya sina Professor Xu Kong at Associate Researcher Ning Jiang. Sina Jiang, Professor Tinggui Wang at Kong ang mga kaukulang may-akda. Kabilang sa mga institusyong nakipagtulungan ang National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences, Wuhan University, Hiroshima University, Kyoto University at Indian Institute of Astrophysics.

Suportado ang proyekto ng mga organisasyong kabilang ang National Natural Science Foundation of China, Ministry of Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, programa ng China para sa human spaceflight, Tang Foundation at mga awtoridad ng lalawigan ng Anhui.

Inaasahan ng mga mananaliksik na gagamitin nila ang Wide Field Survey Telescope, o WFST, na kilala rin bilang Mozi Survey Telescope, upang makahanap ng iba pang pangyayaring tulad ng AT 2022dbl. Magkasamang binuo ng USTC at Purple Mountain Observatory ang teleskopyo, at kabilang sa pangunahing layuning siyentipiko nito ang mga tidal disruption event.

Kung makahanap pa ng mga halimbawa, magkakaroon ang mga astronomo ng mas maraming bituin at pagsiklab na maihahambing. Ipinakikita ng AT 2022dbl ang halaga ng pagsasama ng paghahanap ng mga bagong pangyayari at patuloy na pagsubaybay sa mga kilala na: maaaring may isa pang yugtong maoobserbahan sa hinaharap ang isang bagay na dumilim na.

Mahahalagang Punto

• Natukoy ng mga mananaliksik ng USTC ang muling pagliwanag ng AT 2022dbl noong Enero 2024.
• Sinusuportahan ng magkahawig na spectrum mula sa dalawang pagsiklab ang konklusyon na dalawang beses hinila ng black hole ang materyal mula sa iisang bituin.
• Inilarawan ito ng pangkat bilang unang paulit-ulit na bahagyang tidal disruption event na nakumpirma sa pamamagitan ng spektroskopya.
• Nagbigay ang Swift, LCOGT at Hale telescope ng Palomar ng mga obserbasyon sa ikalawang pagsiklab.
• Nalathala ang pag-aaral noong Agosto 9, 2024, sa The Astrophysical Journal Letters.
• Iminumungkahi ng mga mananaliksik na nahuli ang bituin sa pahabang orbit at balak nilang maghanap ng iba pang halimbawa gamit ang WFST.