Lutajuća crna rupa rastrgla zvijezdu daleko od galaktičkog središta

Zvijezda koju je rastrgla crna rupa od milijun do deset milijuna sunčevih masa nalazi se 3.500 svjetlosnih godina od središta svoje galaksije — daleko od mjesta gdje se takva čudovišta očekuju.

Astronomi su zabilježili događaj plimnog razaranja TDE 2023mfm, prvo uočen teleskopom Zwicky Transient Facility, a potom praćen nizom instrumenata: Hubbleom, Swiftom, Chandraom, XMM-Newtonom, teleskopima Keck i Lick te radio-mrežom Very Large Array. Rad je objavljen kao preprint na arXivu 28. rujna, a vodi ga Itai Sfaradi sa Sveučilišta u Kaliforniji.

Takozvane lutajuće crne rupe — one izvan galaktičkih jezgri — teško je pronaći jer ne jedu aktivno i ne odašilju stalan signal. Tek kad im se zvijezda previše približi i bude rastrgana, nastaje bljesak koji otkrije njihov položaj. TDE 2023mfm upravo je takav slučaj: optički sjaj dosegnuo je vrhunac u 30 dana, a zatim je kroz stotinu dana postupno slabio.

Vruće, plavo i bez rendgenskih zraka

Iz spektralne distribucije energije u optičkom i ultraljubičastom dijelu spektra istraživači su izračunali temperaturu od oko 20.000 Kelvina, koja se održala više od mjesec dana nakon vrhunca. Jasna široka vodikova linija u spektru svrstava događaj u kategoriju TDE-H, a plava boja i postojana vrućina potvrđuju da je riječ o istinskom plimnom razaranju, a ne o nečem drugom.

Rendgenskih zraka s mjesta samog događaja nema. Slab izvor rendgenskog zračenja koji su Chandra i XMM-Newton ipak uhvatili gotovo sigurno dolazi iz jezgre galaksije, a ne iz rastrgane zvijezde. Odsutnost rendgenskog zračenja na početku uobičajena je kod ovakvih događaja, ali izostanak i kasnije nije tako čest — oko 40 posto optički otkrivenih TDE-ova s vremenom postane svijetlo u rendgenskom dijelu spektra. Istraživači ipak napominju da to „nije bez presedana”.

Kako je crna rupa dospjela tamo?

Tri su scenarija u igri. Prvi: crna rupa ostatak je male galaksije koja se sudarila s domaćinom. Na mjestu crne rupe sjaji nakupina zvijezda od 10 do 100 milijuna sunčevih masa — prelagana za masu crne rupe, što znači da je ta mala galaksija bila temeljito ogoljena od zvijezda. Drugi i treći scenarij uključuju gravitacijske valove koji su crnu rupu izbacili iz središta, bilo iz sustava od tri crne rupe, bilo nakon spajanja dviju.

No oba scenarija s izbacivanjem imaju problem: u središtu galaksije jasno sjedi vlastita crna rupa, vidljiva kao slaba aktivna galaktička jezgra. Galaksija dakle ima dvije crne rupe, što govori u prilog scenariju manjeg sudara. Istraživači procjenjuju da na ovakav rasplet otpada oko jedan posto TDE-ova, pa s približno 250 poznatih optičkih slučajeva jedan takav i nije statistički nemoguć.

Radio tišina koja zbunjuje

Radio-valovi su, međutim, ispričali drugu priču. Very Large Array nije zabilježio ništa sve do otprilike 991 dan nakon događaja — gotovo dvije i pol godine — a i tada se pojavio tek slab signal koji se poslije mijenjao vrlo sporo. TDE 2023mfm u vidljivom i ultraljubičastom svjetlu gotovo je blizanac svog izvansredišnjeg rođaka TDE 2024tvd, ali radio-ponašanje im se bitno razlikuje: slabo, kasno i sporo. Je li razlog izostali rani istjek materijala, drukčije okruženje plina ili kut gledanja, ostaje otvoreno pitanje.

Ovdje se zaustavljamo na pitanju koje autori nisu postavili. Ako je crna rupa uistinu izbačena iz središta gravitacijskim valovima, tada je njezin položaj izravna posljedica događaja koji je proizveo valove — a upravo takvi događaji danas su u fokusu međunarodnih projekata poput LIGO-a i buduće svemirske interferometrije LISA. Drugim riječima, ovaj rastrgani komadić zvijezde mogao bi biti rijedak optički „prstohvat” koji pokazuje gdje je gravitacijski udarac nekada odbacio crnu rupu. To je veza koju bi vrijedilo sustavno provjeravati, a ne samo bilježiti kao zanimljivost.

Ima i šireg konteksta. Broj poznatih lutajućih crnih rupa raste, ali gotovo sve otkrivamo posredno — preko zvijezda koje progutaju. To znači da nam uzorak nije reprezentativan: vidimo samo one koje su trenutačno „gladne” i točno u pravom trenutku. Koliko ih je ukupno i koliko ih je izbačeno iz svojih galaksija, ne znamo. TDE 2023mfm pokazuje da se takve crne rupe mogu otkriti i godinama nakon samog događaja, što otvara prostor za ciljanu potragu u arhivama starih snimaka.

Ostaje i praktična posljedica za buduća promatranja: ako se radio-signal jednom pojavi, kako autori napominju, to može potvrditi izvansredišnju crnu rupu i omogućiti precizno mjerenje udaljenosti između dviju crnih rupa u istoj galaksiji. Za sada imamo temperaturu, spektar i položaj — a o podrijetlu tek tri kandidata objašnjenja, od kojih nijedno nije dokazano.