Kuoleva tähti laukaisi näyttävän plasmasuihkun mustan aukon syleilystä
Tähtitieteilijät kuvasivat ensimmäistä kertaa mustan aukon rikkirepimän tähden lähettämän plasmasuihkun.
Taiteilijan näkemys kuolevasta tähdestä sinkoutuvasta plasmasuihkusta.
Kansainvälinen tutkijaryhmä, jossa oli mukana lukuisia tutkijoita ja jatko-opiskelijoita Turun yliopistosta, onnistui ensimmäistä kertaa kuvaamaan laajenevan plasmasuihkun, jonka mustan aukon hajottama tähti sinkautti ympäröivään avaruuteen niin sanotussa TDE-tapahtumassa (engl. tidal disruption event). Suihku syntyi, kun 20 miljoonaa kertaa Aurinkoa massiivisempi musta aukko galaksin keskustassa hajotti riekaleiksi yli kahden Auringon massaisen tähden. Tutkimus on tehty suomalaisvetoisesti ja Suomen osalta sitä on rahoittanut Suomen Akatemia.
Aiemmin on löydetty ainoastaan kourallinen TDE- tapahtumia, joissa tähti hajoaa. Teoreetikot ovat esittäneet, että tuhoon tuomitusta tähdestä sinkoutuva aine muodostaisi pyörivän kertymäkiekon mustan aukon ympärille, säteilisi voimakasta röntgensäteilyä ja näkyvää valoa ja lisäksi laukaisisi miltei valonnopeudella etenevän plasmasuihkun.
Ensimmäiset merkit tapahtumasta saatiin jo tammikuussa 2005, kun professori Seppo Mattila Turun yliopistosta havaitsi Kanariansaarilla William Herschel -teleskoopilla kirkkaan infrapuna- eli lämpösäteilyn purkauksen Arp 299 -galaksiparin toisen galaksin ytimessä. Puoli vuotta myöhemmin Yhdysvaltalainen, Very Long Baseline Array (VLBA) -radioteleskooppiverkosto paljasti uuden radiosäteilyn lähteen samasta paikasta.
Tutkijat havaitsivat yli vuosikymmenen ajan lukuisien radio- ja infrapunateleskooppien avulla tätä yhteensulautumassa olevaa galaksiparia 150 miljoonan valovuoden päässä Maasta. Tähden hajoaminen mustan aukon läheisyydessä tapahtui näistä toisen galaksin ytimessä. Radioteleskooppiverkostoilla tehdyt havainnot osoittivat radiosäteilyn lähteen laajenevan, aivan kuten plasmasuihkun odotetaankin tekevän.
– Koskaan aiemmin ei ole pystytty vastaavien kohteiden yhteydessä havaitsemaan suoraan tähdestä syntyvän plasmasuihkun muodostumista ja kehittymistä, kertoo Miguel Perez-Torres Espanjan Granadassa sijaitsevasta Instituto de Astrofísica de Andalucíasta. Havainnoinnissa käytettiin lukuisia tuhansien kilometrien päässä toisistaan sijaitsevia radioteleskooppiantenneja, jotta pienetkin yksityiskohdat voitaisiin erottaa.
Kohteen infrapunasäteilyä seurattiin muun muassa Kanariansaarilla sijaitsevalla yhteispohjoismaisella NOT-teleskoopilla sekä NASAn Spitzer-avaruusteleskoopilla.
– Havaitsemamme purkaus säilyi pitkään kirkkaana infrapuna- ja radioaallonpituuksilla, mutta se ei ollut havaittavissa näkyvässä valossa tai röntgensäteissä. Todennäköisin selitys tälle oli, että tiheä tähtienvälinen kaasu ja pöly lähellä galaksin keskustaa estivät näiden aallonpituuksien etenemisen ja pöly sitten säteili valon uudelleen infrapunana, Mattila toteaa.
Löytö tuli tutkijoille yllätyksenä. Infrapunapurkaus havaittiin osana projektia, jossa pyrittiin etsimään törmäävissä galaksipareissa tapahtuvia supernovaräjähdyksiä.
– Arp 299 -galaksiparista onkin löydetty lukuisia supernovaräjähdyksiä, ja sitä on kutsuttu supernovatehtaaksi, kertoo tutkimukseen osallistunut Turun yliopistossa ensi syksynä kollegiumtutkijana aloittava Erkki Kankare.
– Pidimme purkaustakin aluksi supernovaräjähdyksenä. Vasta vuonna 2011, kuusi vuotta ensimmäisen havainnon jälkeen, radiosäteilyn lähde alkoi näyttää laajentumisen merkkejä, mikä antoi viitteitä plasmasuihkun suuntaan. Myöhempi seuranta osoitti sen laajenneen entisestään vahvistaen, että kyseessä todella oli TDE-tapahtuma, ei supernova, tutkijat toteavat.
Purkaukset auttavat ymmärtämään galaksien kehitystä
– Havaitsemamme TDE-tapahtuma saattaa osoittautua vasta jäävuoren huipuksi näistä tähän asti havaitsematta jääneistä ja ihmissilmälle näkyvän valon alueella näkymättömistä tapahtumista. Infrapuna- ja radioteleskooppien avulla saatamme löytää monia uusia tapahtumia ja oppia niistä, Mattila sano.
Vastaavat tapahtumat olivat todennäköisesti yleisempiä kaukaisessa maailmankaikkeudessa, jossa myös Arp 299:n kaltaiset toisiinsa törmäämässä olevat galaksit olivat huomattavasti yleisempiä kuin läheisessä maailmankaikkeudessa. Siksi tällaiset havainnot voivat auttaa tutkijoita ymmärtämään myös galaksien kehitystä.
Mattila ja Perez-Torres johtivat tutkimusryhmää, joka koostui 36 tutkijasta ja 26 instituutiosta ympäri maailman. Tutkimus on ilmestynyt Science-tiedelehden online-palvelussa 14.6.2018.
>> Tutkimusjulkaisu: http://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aao4669
>> Kansainväliset lehdistötiedotteet:
JPL/NASA: https://www.jpl.nasa.gov/news/
NRAO: https://public.nrao.edu/news/black-hole-destroys-star
JIVE: http://www.jive.eu/surprise-discovery-provides-new-insights-stellar-deaths
AJ / JV
Kuva: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF