Nga Instituti i Teknologjisë në Massachusetts
Në këtë ilustërim artistik, një rrjedhë materiali ndiqet nga një yll i bardhë që orbitohet brenda diskut të brendshëm të akrecionit që rrethon vrimën e zezë supermasive të 1ES 1927. Kredi: Aurore Simonnet/Sonoma State University
Një vrimë e zezë supermasive ka mbajtur astronomët të ngulur pas teleskopëve të tyre për disa vjet. Fillimisht erdhi një zhdukje e papritur, dhe tani, një akt rrotullues i pasigurt.
Vrima e zezë në fjalë është 1ES 1927+654, që ka masën e afërme me një milion diellë dhe ndodhet në një galaktikë që është 100 milionë vite dritë larg.
Në vitin 2018, astronomët në MIT dhe në vende të tjera vërejtën se korona e vrimës së zezë—një re e plazmës që rrotullohet dhe është e nxehtë si shkëlqim—papritmas u zhduk, përpara se të rilindte pas disa muajsh. Ky ndërprerje e shkurtër, megjithatë dramatike, ishte një e papritur në astronominë e vrimave të zeza.
Anëtarët e ekipit të MIT tani kanë kapur të njëjtën vrimë të zezë duke shfaqur një sjellje tjetër të paprecedentë.
Astronomët kanë zbuluar shkëndija X-ray që vijnë nga vrima e zezë me një ritëm që rritet vazhdimisht. Gjatë një periudhe dy vjeçare, shkëndijat, me oscilacione në milihercë, u rritën nga çdo 18 minuta në çdo shtatë minuta. Ky rritje dramatike e shkëndijave X-ray nuk është parë kurrë më parë nga një vrimë e zezë.
Shkencëtarët shqyrtuan disa skenarë për atë që mund të shpjegonte këto shkëndija. Ata besojnë se fajtorja më e mundshme është një yll i bardhë që rrotullohet—një bërthamë ekstremisht e ngjeshur e një ylli të vdekur që orbitohet rreth vrimës së zezë dhe po i afrohet gjithnjë e më shumë horizontit të ngjarjes, kufirit përtej të cilit asgjë nuk mund të shpëtojë nga tërheqja gravitacionale e vrimës së zezë.
Nëse ky është rasti, ylli i bardhë duhet të po bënte një akt të jashtëzakonshëm balancimi, pasi ai mund të po afrohej aq afër kufirit të vrimës së zezë pa rënë brenda tij.
“Ky do të ishte rasti më i afërt që njohim rreth çdo vrime të zezë,” thotë Megan Masterson, një studente e diplomuar në fizikë në MIT, që ka udhëhequr zbulimin. “Kjo na tregon se objekte të tilla si yjet e bardhë mund të jetojnë shumë afër horizontit të ngjarjes për një periudhë relativisht të gjatë kohore.”
Shkencëtarët paraqitën gjetjet e tyre në takimin e 245-të të Shoqërisë Astronomike Amerikane në National Harbor, Maryland, dhe do të publikojnë rezultatet në një artikull në Nature. Gjetjet janë gjithashtu të publikuara në serverin parakopje arXiv.
Nëse një yll i bardhë është burimi i shkëndijave misterioze të vrimës së zezë, ai gjithashtu do të lëshojë valë gravitacionale, në një gamë që mund të zbulohet nga observatorët e ardhshëm, si LISA i NASA-s (Laser Interferometer Space Antenna).
“Detektorët e rinj janë projektuar për të zbuluar oscilacione në shkallën e minutave, kështu që ky sistem vrimë të zezë është në atë zonë të ëmbël,” thotë bashkautorja Erin Kara, profesoreshë e asociuar e fizikës në MIT.
Ekipi i studimit përfshin gjithashtu anëtarë të MIT Kavli Christos Panagiotou, Joheen Chakraborty, Kevin Burdge, Riccardo Arcodia, Ronald Remillard dhe Jingyi Wang, së bashku me bashkëpunëtorë nga institucione të tjera të ndryshme.
Asgjë e zakonshme
Kara dhe Masterson ishin pjesë e ekipit që vëzhgoi 1ES 1927+654 në vitin 2018, kur korona e vrimës së zezë shkoi në errësirë, pastaj u rindërtua ngadalë me kalimin e kohës. Për një kohë, korona e ripërtërirë—një re e plazmës shumë energjike dhe X-ray—ishte objekti më i ndritshëm që emetonte rrezatime X në qiell.
“Ajo ishte ende jashtëzakonisht e ndritshme, megjithatë nuk po bënte asgjë të re për disa vite dhe po lëvizte ngadalë. Por ne menduam se duhej ta vazhdonim monitorimin e saj sepse ishte kaq e bukur,” thotë Kara. “Pastaj vërejtëm diçka që nuk ishte parë kurrë më parë.”
Në vitin 2022, ekipi shikoi përmes vëzhgimeve të vrimës së zezë të marra nga observatori i Agjencisë Evropiane të Hapësirës, XMM-Newton, një observator hapësinor që zbukuronte dhe mat X-ray nga vrimat e zeza, yjet neutron, grumbuj galaktikë dhe burime ekstreme të tjera kozmike. Ata vërejtën se shkëndijat X-ray nga vrima e zezë dukeshin të pulsonin me një rritje të rregullt në frekuencë.
Këto “oscilacione quasi-periodike” janë vërejtur vetëm në disa vrima të tjera supermasive të zeza, ku shkëndijat X-ray shfaqen me një frekuencë të rregullt.
Në rastin e 1ES 1927+654, pulsimi duket se rritet në mënyrë të vazhdueshme, nga çdo 18 minuta në çdo shtatë minuta gjatë një periudhe dy vjeçare.
“Ne nuk kemi parë një variabilitet kaq dramatik në ritmin e shpejtësisë së shkëndijave,” thotë Masterson. “Kjo nuk dukej fare si një vrimë e zezë normale.”
Fakti që shkëndijat u zbuluan në bandën X-ray tregon mundësinë e madhe që burimi është diku shumë afër vrimës së zezë. Rajonet më të brendshme të një vrime të zezë janë mjedise me energji shumë të lartë, ku shkëndijat X-ray prodhohen nga plazma që lëviz shpejt dhe është jashtëzakonisht e nxehtë.
Shkëndijat X-ray janë më pak të mundshme të shihen në distanca më të largëta, ku gazi mund të rrotullohet më ngadalë në një disk akrecioni. Mjedisi më i ftohtë i këtij disku mund të lëshojë dritë optike dhe ultraviolet, por rrallë lëshon X-ray.
“Kur shikon diçka në bandën X-ray, kjo tashmë të tregon që je shumë afër vrimës së zezë,” thotë Kara. “Kur sheh variabilitet në shkallën e minutave, kjo është shumë afër horizontit të ngjarjes, dhe gjëja e parë që të vjen në mend është lëvizja rrethore, dhe nëse diçka mund të orbitojë rreth vrimës së zezë.”
Zbulimi i X-ray
Cfarëdo që po prodhonte shkëndijat X-ray, po bëhej kështu në një distancë jashtëzakonisht të afërt nga vrima e zezë, që shkencëtarët e vlerësojnë të jetë brenda disa milionë miljeve nga horizonti i ngjarjes.
Masterson dhe Kara shqyrtuan modele për fenomene të ndryshme astrofizike që mund të shpjegonin modelet e shkëndijave X-ray që ata vunë re, përfshirë një mundësi që lidhet me koronen e vrimës së zezë.
Një ide është që kjo korona mund të po oscilonte, ndoshta duke u ngjeshur përpara se të shkurtohej, dhe nëse ajo fillon të ngushtohet, ato oscilacione bëhen më të shpejta ndërsa shkallët bëhen më të vogla,” thotë Masterson. “Por ne jemi në fazat shumë të hershme të kuptimit të oscilacioneve të koronës.”
Një skenar më i mundshëm, dhe një që shkencëtarët e kuptojnë më mirë nga aspekti i fizikes që përfshihet, ka të bëjë me një yll të bardhë guximtar.
“Këto objekte janë shumë të vogla dhe mjaft të ngjeshura, dhe ne hamendësojmë se është një yll i bardhë që po afrohet kaq shumë me vrimën e zezë,” thotë Masterson.
Sipas modelimit të tyre, shkencëtarët vlerësojnë se ylli i bardhë mund të ketë pasur afërsisht një të dhjetën e masës së diellit. Ndërsa, vrima e zezë supermasive ka masën e afërme me 1 milion masa diellore.
Kur ndonjë objekt afrohet kaq afër një vrime të zezë supermasive, priten të lëshohen valë gravitacionale, që tërheqin objektin gjithnjë e më afër vrimës së zezë. Ndërsa rrotullohet më afër, ylli i bardhë lëviz me një ritëm më të shpejtë, çka mund të shpjegojë rritjen e frekuencës së oscilacioneve X-ray që ekipi vëzhgoi.
Ylli i bardhë është praktikisht në pragun e asaj që është pika e kthesës, dhe shkencëtarët parashikojnë se ai nuk do të bie brenda.
Ndërkohë që graviteti i vrimës së zezë mund ta tërheqë yllin e bardhë përbrenda, ylli gjithashtu po humb pjesën e jashtme të shtresës së tij në vrimën e zezë. Ky humbje funksionon si një shtytje e vogël, në mënyrë që ylli i bardhë—një objekt jashtëzakonisht i ngjeshur vetë—mund të kundërshtojë kalimin përtej kufirit të vrimës së zezë.
“Pasi yjet e bardhë janë të vegjël dhe shumë të ngjeshur, ato janë shumë të vështira për tu shpërbërë, kështu që ato mund të jenë shumë afër një vrime të zezë,” thotë Kara. “Nëse ky skenar është i saktë, ky yll i bardhë është pikërisht në atë pikë ku mund të kthehet, dhe mund të shohim se ai largohet më tej.”
Ekipi ka në plan të vazhdojë vëzhgimin e sistemit, me teleskopë ekzistues dhe të ardhshëm, për të kuptuar më mirë fizikat ekstreme që janë duke u zhvilluar në ambientet më të brendshme të një vrime të zezë. Ata janë veçanërisht të emocionuar të studiojnë këtë sistem pasi të lansohet detektori hapësinor të valëve gravitacionale LISA—i cili është planifikuar të lansohet në mesin e viteve 2030—duke pasur parasysh se valët gravitacionale që ky sistem duhet të lëshojë do të jenë në një gamë të përshtatshme që LISA mund t’i zbulojë qartë.
“Një gjë që kam mësuar nga ky burim është të mos ndaloni kurrë së shikuari atë sepse ndoshta do të na mësojë diçka të re,” thotë Masterson. “Hapi tjetër është thjesht të mbajmë sytë hapur.”
