سیاه چاله‌ای سه سال پس از بلعیدن یک ستاره، بقایای آن را دفع کرد
در اکتبر ۲۰۱۸، ستاره‌شناسان شراره‌ی درخشانی از یک ستاره را رصد کردند که توسط سیاه‌چاله‌ای با جرم ۲۰ میلیون برابر جرم خورشید در فاصله‌ی ۶۶۵ میلیون سال نوری بلعیده شد. این رویداد که از نوع «رویداد اختلال کشندی» یا TDE بود، AT2018hyz نامیده شد.
پس از چند ماه نظارت بر سیاه‌چاله در طیف نوری مرئی، TDE به تدریج محو شد؛ اما AT2018hyz یک شگفتی را درون خود پنهان کرد. تقریباً سه سال بعد، این سیاه‌چاله مجدداً جان گرفت و ستاره‌شناسان را حیرت زده کرد. ایویت کندز، پژوهشگر از مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونین و یکی از نویسندگان پژوهش می‌گوید:
این رویداد کاملاً ما را شگفت‌زده کرد. هیچ‌کس در گذشته چنین چیزی را مشاهده نکرده بود. این سیاه‌چاله شروع به دفع مواد ستارهای کرد که سال‌ها پیش خورده بود.
رویداد یادشده نشان می‌دهند تأخیر در جریان خروجی دفع مواد ستارهای بسیار رایج‌تر از انتظار دانشمندان است. پژوهشگرها به نظارت بر تکامل TDE ادامه می‌دهند و به شکلی سیستماتیک به بررسی نمونه‌ی بزرگ‌تری از TDE-ها می‌پردازند.
تصویرسازی هنری از رویداد اختلال کشندی. در این رویداد سیاه‌چاله‌ای غولپیکر ستارهای را به‌سرعت می‌بلعد
براساس تصور اشتباه رایج، سیاه‌چاله‌ها مانند جاروبرقی‌های کیهانی عمل می‌کنند و به شکلی حریصانه هر ماده‌ای را بر سر راه خود می‌بینند، می‌بلعند؛ اما در واقعیت، تنها موادی که از افق رویداد سیاه‌چاله عبور کنند (از جمله نور) بلعیده می‌شوند و قادر به گریز نیستند. سیاه‌چاله‌ها به شکل نامنظم مواد را می‌خورند؛ بنابراین بخشی از مواد یک جرم به شکل فواره‌ای قدرتمند از سیاه‌چاله دفع می‌شود.
در رویداد TDE، ستارهای بر اثر نیروهای گرانشی قدرتمند سیاه‌چاله در خارج از افق رویداد بلعیده شده یا اصطلاحاً کش می‌آید و اسپاگتی می‌شود و بخشی از جرم اصلی ستاره با شدت زیاد به سمت بیرون دفع می‌شود. این فرایند می‌تواند حلقه‌ای چرخان از مواد موسوم به قرص برافزایشی را در اطراف سیاه‌چاله شکل دهد که پرتوهای ایکس قدرتمند و نور مرئی را از خود منتشر می‌کند. این فواره‌ها یکی از راه‌های رصد غیرمستقیم سیاه‌چاله و آگاهی از وجود آن هستند. این جریان‌های خروجی معمولاً در فاصله‌ی زمانی اندکی پس از TDE به وجود می‌آیند.
وقتی AT2018hyz برای اولین بار کشف شد، تلسکوپ‌های رادیویی هیچ اثری از انتشار جریان خروجی مواد را در چند ماه اول کشف نکردند. به نقل از کندز، این مسئله برای ۸۰ درصد از TDE-ها حقیقت دارد درنتیجه ستاره‌شناسان ترجیح دادند از زمان ارزشمند تلسکوپ برای رصد اجرام جذاب‌تری استفاده کنند؛ اما در ژوئن گذشته، کندز و گروه او تصمیم گرفتند با استفاده از داده‌های رادیویی آرایه‌ی بسیار عظیم (VLA) به بررسی TDE-هایی بپردازند که در طی چند سال گذشته هیچ انتشار ماده‌ای نداشتند و در نهایت متوجه درخشش مجدد AT2018hyz شدند.
منحنی شدت نور AT2018hyz
به نقل از ادو برگر، ستاره‌شناس دانشگاه هاروارد و مرکز اخترفیزیک و یکی از مؤلفان پژوهش:
بیش از یک دهه است که به بررسی TDE-ها با استفاده از تلسکوپ‌های رادیویی می‌پردازیم و گاهی متوجه درخشش آن‌ها در امواج رادیویی و دفع مواد می‌شویم؛ اما در AT2018hyz به مدت سه سال اول شاهد سکوت رادیویی بودیم و حالا با درخشش خود به یکی از درخشان‌ترین TDE-هایی تبدیل شد که تاکنون رصد شده است.
گام بعدی تقسیم زمان تلسکوپ‌های مختلف در یک طیف گسترده از طول موج‌ها بود. به باور کندز:«وقتی یافته‌ی غیرمنتظره‌ای را می‌بینید نمی‌توانید منتظر چرخه‌ی عادی طرح‌های پیشنهادی تلسکوپ برای رصد آن بمانید.» بنابراین درخواست‌ها بی‌درنگ پذیرفته شدند و پژوهشگرها به داده‌های VLA، رصدخانه‌ی ALMA در شیلی، MeerKat در آفریقای جنوبی، آرایه‌ی فشرده‌ی تلسکوپی استرالیایی (ATCA) در استرالیا و همچنین رصدخانه‌ی فضایی پرتوی ایکس چاندرا و رصدخانه‌ی نیل گرلز سوییفت دسترسی پیدا کردند. کندز در توییتی این رویداد را بزرگ‌ترین کشف عمر خود خواند و گفت:
چنین شواهدی قبلا هرگز از یک TDE دیده نشده بود چراکه مواد هرگز با چند سال تأخیر دفع نمی‌شوند. TDE رویدادی پیوسته بود. بر این باوریم که این مواد ستارهای پس از بلعیده شدن در قرص برافزایشی بودند؛ اما این که چرا دفع آن‌ها بیش از دو سال به طول انجامید، هنوز به صورت یک راز باقی مانده است.
براساس یک احتمال، چگالی جریان خروجی به‌صورت ناگهانی تغییر کرده است اما داده‌ها این احتمال را تأیید نمی‌کنند. همچنین براساس احتمالی دیگر، ممکن است یک فواره بلافاصله پس از TDE منتشر شده باشد اما ازآنجاکه در جهت زمین نبوده ستاره‌شناسان نتوانستند آن را آشکار کنند؛ اما این احتمال هم بعید است. در این رویداد نور با سرعت زیادی منتشر شد. درنتیجه این احتمال وجود دارد که دو جریان خروجی به شکلی عجیب با یکدیگر برهم‌کنش پیدا کرده باشند اما این سناریو هم چندان محتمل نیست. سندز در توییتی اضافه کرد:
محتمل‌ترین سناریو «تغییر فاز» است. در این شرایط قرص برافزایشی اطراف سیاه‌چاله به نوع دیگری از جریان خروجی تبدیل می‌شود. شواهد این فرایند را می‌توان در سیاه‌چاله‌های کوچک‌تری داخل کهکشان مشاهده کرد که ستارهای اهداکننده مواد آن‌ها را تأمین می‌کند. به این سیستم‌ها دوتایی‌های پرتوی ایکس می‌گویند. درنتیجه اگر این تغییر فازها در سیاه‌چاله‌ای ستارهای رخ دهند، چرا نباید اطراف سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم به وجود بیایند؟
در صورت صحیح بودن سناریوی فوق، باید مقدار قابل توجهی پرتوی ایکس آزاد شده باشد که داده‌ها این را نشان نمی‌دهند. کندز نتیجه می‌گیرد:
هنوز در این باره چیزی نمی‌دانیم. فقط می‌دانیم AT2018hyz غیر قابل پیش‌بینی است و تاکنون مشابه آن هرگز در سیاه‌چاله‌ای دیده نشده است؛ بنابراین به نظارت بر این رویداد ادامه خواهیم داد. امیدواریم رصدهای آینده رازهای بیشتری را آشکار کنند.
مقاله‌ی پژوهش در مجله‌ی Astrophysical منتشر شده است.