Resterna av en stjärna som kom för nära ett supertungt svart hål, som de kanske skulle kunna se ut i verkligheten. Extremt skarpa observationer av källan Swift J1644+57 med radioteleskopnätverket EVN (European VLBI Network) har avslöjat en snabb men märkligt kompakt stråle, som här visas i gult.
ESA/S. Komossa/Beabudai Design​

Världsomspännande teleskopnätverk spårar rester av stjärna som slukades av ett supermassivt svart hål

Astronomer har använt ett värdsomspännande nätverk av radioteleskop för att zooma in mot ett unikt fenomen i en avlägsen galax: jetstrålen som skapades då en stjärna slukades av ett supertungt svart hål. De rekordskarpa mätningarna avslöjar en kompakt och orörlig radiokälla som överraskat forskarna.
Ett internationellt forskarlag som leds av Jun Yang (Onsala rymdobservatorium, Chalmers) studerade en nyfödd jetstråle i en källa som kallas Swift J1644+57 med hjälp av European VLBI Network (EVN), ett världsomspännande nätverk av radioteleskop.

Forskningsresultaten presenteras fredagen 8 juli 2016 under konferensen European Week of Astronomy and Space Science i Aten, Grekland. En artikel om upptäckten publiceras också i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

När en stjärna kommer nära ett supermassivt svart hål kan den slitas isär på ett våldsamt sätt. Ungefär hälften av gasen som utgör stjärnan dras inåt och bildar en skiva runt det svarta hålet. När detta händer omvandlas stora mängder gravitationsenergi till elektromagnetisk strålning och skapar en källa på himlen som strålar i många olika våglängder.

En dramatisk följd av detta är att delar av stjärnans material som slitits bort från stjärnan och samlats runt det svarta hålet, kan kastas ut i rymden i extremt smala strålar av partiklar och vid hastigheter som närmar sig ljusets hastighet. Sådana så kallade relativistiska jetstrålar lyser starkt i radiovågor.

År 2011 upptäckte NASA-satelliten Swift det första sådana exemplet av ”gravitationell sönderslitning” som också gav upphov till en relativistisk jetstråle. Det sågs först som ett ljusstarkt utbrott i röntgenstrålning och händelsen fick beteckningen Swift J1644+57. Utbrottet spårades till en avlägsen galax som ligger så långt bort att dess ljus tog omkring 3,9 miljarder år att nå jorden.

Jun Yang och hans kollegor använde tekniken långbasinterferometri (på engelska very long baseline interferometry eller VLBI) för att göra högprecisionsmätningar av jetstrålen från Swift J1644+57.

– Med teleskopnätverket EVN kunde vi mäta upp strålens läge med en precision på 10 mikrobågsekunder. Det motsvarar samma utsträckning på himlen som en enkrona på månen sedd från jorden. Dessa är några av de skarpaste mätningarna som hittills gjorts av radioteleskop, säger Jun Yang.

Trots det oerhörda avståndet kunde forskarna tack vare mätningarnas otroliga precision söka efter tecken på rörelser hos strålen.

– Vi letade efter så kallad synbar överljushastighet – tecken på att strålen rör sig nära ljushastigheten. Under våra tre år av observationer borde sådana rörelser ha varit lätta att detektera. Men våra bilder visar istället att signalen är mycket kompakt och stadig – det finns inga tecken på att den rört på sig, fortsätter Jun Yang.

Resultaten ger viktiga insikter i vad som händer när en stjärna förstörs av ett supertungt svart hål, men också hur nyfödda jetstrålar beter sig där de kan utvecklas ostört. Zsolt Paragi, chef för användarstöd vid Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE) i Dwingeloo, Nederländerna, förklarar varför strålen verkar vara så kompakt och orörlig.

– När materia skjuts ut med hastigheter nära ljusets bromsas den snabbt när den slår emot det interstellära mediet i galaxen. Dessutom tyder tidigare forskning på att vi ser strålen med en mycket liten vinkel. Det kan bidra till att den ser så kompakt ut, säger han.



De rekordskarpa och extremt känsliga observationerna hade inte varit möjliga utan hela kraften hos EVN och de många radioteleskopen som tillsammans utgör nätverket. Det menar Tao An, astronom vid Shanghais astronomiska observatorium, Kina.

– De största radioteleskopen i nätverket bidrar till att observationerna är så känsliga. Samtidigt spelas en kritisk roll också av de 25-metersteleskopen i Sheshan och Nanshan i Kina och i Onsala i Sverige. De breddade synfältet så att Swift J1644+57 kunde observeras samtidigt som en ljussvag referenskälla, säger han.

Swift J1644+57 är en av de första fall av gravitationell sönderslitning som studerats i detalj, och forskarna hoppas på fler framöver.

– Observationer med nästa generationen av radioteleskop kommer att berätta mer om vad som egentligen händer när en stjärna äts upp av ett svart hål, och om hur kraftfulla jetstrålar bildas och utvecklas alldeles intill svarta hål, förklarar Stefanie Komossa, astronom vid Max Planck-institutet för radioastronomi i Bonn, Tyskland.

– I framtiden kommer nya, jättelika radioteleskop som FAST (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope) och SKA (Square Kilometre Array) göra det möjligt för oss att göra ännu mer detaljerade studier av dessa extrema och fascinerande händelser, avslutar Jun Yang.


Bilder


1. (överst) Resterna av en stjärna som kom för nära ett supertungt svart hål, som de kanske skulle kunna se ut i verkligheten. Extremt skarpa observationer av källan Swift J1644+57 med radioteleskopnätverket EVN (European VLBI Network) har avslöjat en snabb men märkligt kompakt stråle, som här visas i gult.
Bild: ESA/S. Komossa/Beabudai Design (se även fler bilder från ESA)

2. Tre år av extremt precisa mätningar av jetstrålen i Swift J1644+5734. Mätningarna visar att källan är väldigt kompakt och visar inga tecken på att ha rört på sig. Övre panel: Strålens position vid olika datum. En mikrobågsekund är en 3600 miljarddels-grad. Nedre panel: Bild av strålen sedd med EVN – färgerna är inte riktiga utan visar bara ljusstyrka. Ringen nedan till vänster visar hur stor en oupplöst källa skulle vara. 
Bild: EVN/JIVE/J. Yang 

3. 25-metersteleskopet vid Onsala rymdobservatorium ingår i radioteleskopnätverket EVN. 
Foto: Onsala rymdobservatorium​/Anna-Lena Lundqvist

Mer om forskningen

Forskningsresultaten publiceras i artikeln No apparent superluminal motion in the first-known jetted tidal disruption event Swift J1644+5734, av J. Yang, Z. Paragi, A.J. van der Horst, L.I. Gurvits, R.M. Campbell, D. Giannios, T. An och S. Komossa. Den publiceras i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (doi:10.1093/mnrasl/slw107). Artikeln finns även på http://arxiv.org/abs/1605.06461.

Upptäckten presenteras dessutom under konferensen European Week of Astronomy and Space Science i Aten, Grekland fredagen 8 juli 2016, som en del av sammanträdet Nanoradians on the sky – VLBI across the Mediterranean and beyond.

Kontakter

Robert Cumming, kommunikatör, Onsala rymdobservatorium, robert.cumming@chalmers.se, tel: 070 493 3114 eller 031 772 5500

Jun Yang, astronom, Onsala rymdobservatorium, Chalmers tekniska högskola, epost: jun.yang@chalmers.se, tel: 031 772 5531

Mer om långbasinterferometri, teleskopnätverket EVN och JIVE

Långbasinterferometri eller VLBI (very long baseline interferometry) är en astronomisk metod som går ut på att flera radioteleskop som ligger långt från varandra samtidigt observerar samma område på himlen. Data från varje teleskop skickas sedan till en central dator, korrelatorn, för att skapa bilder med högre upplösning än till och med världens bästa teleskop för synligt ljus

European VLBI Network (EVN; www.evlbi.org) är en interferometrisk uppställning av radioteleskop i Europa, Asien, Sydafrika och Amerika som genomför unika, högupplösta radioastronomiska observationer av kosmiska radiokällor. Nätverket grundades 1980, med Onsala rymdobservatorium bland de första fem medlemmar, och har idag växt till världens känsligaste teleskopuppställning i sitt slag, med fler än 20 teleskop varav några av världens största och känsligaste radioteleskop. EVN drivs av European Consortium for VLBI, som består av 15 forskningsinstitut, bland dem Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE).

Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE; www.jive.eu) har som huvuduppdrag att stå för driften och utvecklingen av EVN-processorn, en kraftfull superdator som kombinerar signalerna från radioteleskop i hela världen. JIVE grundades 1993 och är sedan 2015 ett ERIC (European Research Infrastructure Consortium) med fem medlemsländer: Nederländerna, Storbritannien, Sverige, Frankrike och Spanien.


Sidansvarig Publicerad: må 01 aug 2016.