Eine Illustration zeigt einen Stern, der dem Verzehr durch ein Schwarzes Loch entgeht, während sein binärer Partner verschlungen wird (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Astronomen haben beobachtet, wie ein supermassereiches Schwarzes Loch, das eine stellare Mahlzeit genießt, in einem seltenen und starken Ereignis zweimal aufblitzte.
Dieses doppelblitzende Gezeitenstörungsereignis (TDE) könnte darauf zurückzuführen sein, dass das Schwarze Loch Doppelsterne einfängt, einen entkommen lässt und dann den anderen verschlingt. Wenn dies der Fall ist, könnte eine weitere Beobachtung dieses Ereignisses mit der Bezeichnung ASASSN-22ci das Rätsel der sich wiederholenden TDEs lösen.
TDEs sind so stark, dass sie aus Milliarden von Lichtjahren Entfernung gesehen werden können. Es ist jedoch nicht üblich, eine TDE zweimal oder öfter explodieren zu sehen. Dies macht ASASSN-22ci – das Ergebnis eines supermassereichen Schwarzen Lochs, das sich relativ nahe an der Erde in etwa 408 Millionen Lichtjahren Entfernung im Herzen der Galaxie WISEA J122045.05+493304.7 befindet – zu einem seltenen und wichtigen Ereignis.
„Nur eine Handvoll von TDEs haben bisher mehrere Flares gezeigt. Jüngste Schätzungen deuten darauf hin, dass die Häufigkeit dieser Ereignisse etwa 15 bis 20 Mal geringer ist als bei typischen TDEs“, sagte Jason Hinkle, Teamleiter und Astronom an der University of Hawaii, gegenüber kosmischeweiten.de. „Diese Ereignisse mögen zwar selten sein, aber sie haben das Potenzial, unser Verständnis der TDE-Physik entscheidend zu beeinflussen, indem sie uns erlauben, die frühesten Phasen von TDEs in noch nie dagewesenem Detail zu untersuchen.“
Inhaltsübersicht
Ein schwarzes Loch mit doppeltem Flare
Der erste Blitz von ASASSN-22ci wurde im Februar 2022 vom All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) entdeckt. Zunächst schien es sich um eine ganz normale TDE zu handeln (wenn man ein Schwarzes Loch, das einen Stern frisst, überhaupt als normal bezeichnen kann).
Doch 720 Tage später, während Hinkle und seine Mitarbeiter dieses Ereignis mit ASAS-SN, der Zwicky Transient Facility (ZTF) und dem Asteroid Terrestrial Impact Last Alert System (ATLAS) verfolgten, überraschte ASASSN-22ci sie mit einem erneuten Aufflackern.
Eine Illustration eines Gezeitenstörungsereignisses, bei dem ein Stern von einem Schwarzen Loch verschlungen wird. (Bildnachweis: ESA/C. Carreau)
Das Besondere an ASASSN-22ci unter den sich wiederholenden TDES ist, wie „normal“ er zu sein scheint.
„ASASSN-22ci ist etwas Besonderes, weil seine Lichtkurve und seine Spektren die ‚normalsten‘ der kleinen Gruppe von TDEs sind, die mehrere Flares gezeigt haben“, sagte Hinkle. „Darüber hinaus wurden seine beiden Flares mit Ultraviolett- und Röntgenlichtmessungen und Spektroskopie gut untersucht, so dass wir die Eigenschaften der beiden Flares gut miteinander vergleichen können.“
Zu dieser Informationssammlung gehörte auch die Bestimmung der Masse des supermassiven schwarzen Lochs, das für ASASSN-22ci verantwortlich ist. Das Team schätzt die Masse des zentralen supermassereichen schwarzen Lochs auf etwa 3 Millionen Sonnenmassen. Damit ist es etwas weniger massiv als das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* (Sgr A*) in der Milchstraße.
Frühere Untersuchungen dieses Ereignisses lassen vermuten, dass der Stern, der an diesen Flares beteiligt ist, wahrscheinlich eine ähnliche Masse wie die Sonne hat. Unklar ist jedoch, ob dieser Stern einen binären Partner hatte, der einem solch grausamen Schicksal entgangen ist.
Rette dich, mein Freund!
Wenn sich unglückliche Sterne zu nahe an ein supermassereiches Schwarzes Loch heranwagen, erzeugt die immense Schwerkraft, die durch die millionen- oder gar milliardenfache Masse des Schwarzen Lochs erzeugt wird, gewaltige Gezeitenkräfte innerhalb der Sterne.
Diese Kräfte drücken einen Stern horizontal zusammen und dehnen ihn vertikal. Dadurch wird der Stern in einem Prozess, der treffend „Spaghettifizierung“ genannt wird, zu einem massiven Strom stellarer „Nudeln“ reduziert. Diese Plasmaspaghetti wickeln sich in einer abgeflachten Wolke, der Akkretionsscheibe, um das supermassereiche Schwarze Loch. Von dort aus wird ein Teil der Materie nach und nach dem Schwarzen Loch zugeführt.
Die Wissenschaftler sind sich zwar noch nicht sicher, was die Ursache für doppelt aufflackernde TDEs ist, aber sie stellen die Theorie auf, dass die Ursache ein supermassereiches Schwarzes Loch sein könnte, das sich ein Doppelsternsystem in einem Prozess namens „Hills Capture“ eingefangen hat.
„Der so genannte Hills-Capture-Prozess tritt auf, wenn ein eng gebundenes Doppelsternsystem nahe an einem supermassiven Schwarzen Loch vorbeifliegt und dabei teilweise zerrissen wird“, erklärt Hinkle. „Der Stern, der zurückbleibt, ist an das Schwarze Loch auf einer Bahn gebunden, die einem abgeflachten Kreis ähnelt. Auf dieser stark elliptischen Bahn entfernt sich der Stern immer weiter vom Schwarzen Loch, um sich dann wieder anzunähern. In dieser Situation ist es wahrscheinlicher, dass der verbleibende Stern wiederholte „partielle TDEs“ erlebt, d. h. er wird nicht auf einmal vollständig zerstört und kann zurückkehren, um weiter gestört zu werden.
Eine Illustration zeigt das Hills Capture bei der Arbeit mit einem Doppelstern, der einem supermassiven Schwarzen Loch entkommt, während sein stellarer Begleiter auf einer stark elliptischen Umlaufbahn bleibt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))Der Astronom der University of Hawaii erklärt, dass dies geschieht, wenn die nächste Annäherung des verbleibenden Sterns innerhalb des „Gezeitenradius“ des supermassiven schwarzen Lochs liegt. Durch die weitere Störung wird jedes Mal, wenn der Stern am Schwarzen Loch vorbeizieht, ein weiteres Flare ausgelöst.
Die Gleichförmigkeit der beiden Flares von ASASSN-22ci scheint darauf hinzuweisen, dass sie von dem Schwarzen Loch stammen, das wiederholt denselben Stern zerstört hat. „Obwohl wir es noch nicht genau wissen, deuten die Ähnlichkeit der beiden Flares und der kurze zeitliche Abstand der Flares im Vergleich zur typischen TDE-Rate darauf hin, dass ein einziger Stern zweimal zerstört wurde“, so Hinkle weiter. „Der beobachtete Abstand zwischen der Spitzenhelligkeit der beiden Flares beträgt 720 Tage. Unter der Annahme, dass es sich um eine sich wiederholende TDE handelt, die aus dem Einfangen von Hills resultiert, ist dies wahrscheinlich die Umlaufzeit des überlebenden Sterns.“
Natürlich sind die Forscher begierig darauf, diese Theorie zu bestätigen. Zum Glück wissen sie nicht nur, wo sie suchen müssen, sondern auch, wann sie suchen müssen.
Das dritte Mal ist das Beste
Wenn das vorgeschlagene Szenario eines einzelnen Sterns, der wiederholt gestört wird, das richtige für ASASSN-22ci ist, dann erwartet das Team einen dritten Flare.
„Die Vorhersage, wann der dritte Flare auftreten sollte, basiert auf dem beobachteten Abstand der beiden Flares“, so Hinkle. „Wenn dieser Abstand der Umlaufzeit des Sterns entspricht, würden wir erwarten, dass ein weiterer Flare auftritt, wenn der Stern das nächste Mal in der Nähe des supermassereichen schwarzen Lochs Anfang 2026 vorbeizieht. „Wenn das Team am oder um den 4. Februar 2026 keinen weiteren Flare von der TDE sieht, ist das kein Beweis dafür, dass Hills Einfang nicht für das doppelte Aufflackern von ASASSN-22ci verantwortlich war.
„Es ist möglich, dass der Stern beim zweiten Flare vollständig zerrissen wurde und keinen dritten Flare produziert“, sagte Hinkle. „Es besteht auch die geringe Möglichkeit, dass die beiden Fackeln unabhängige TDEs sind, und wenn dem so ist, würden wir keine dritte TDE sehen.
Die Vorhersagbarkeit des potenziellen dritten Flares von ASASSN-22ci ist auch ein Segen für die Untersuchung dieser starken und zerstörerischen Ereignisse als Ganzes. Denn sie gibt den Astronomen einen Hinweis darauf, mit fortgeschrittenen Beobachtungen zu beginnen, anstatt darauf zu warten, eine TDE zufällig zu erwischen.
„Wir können viel früher mit der Beobachtung beginnen und versuchen, die frühesten Phasen der TDE zu beobachten, wenn der Trümmerstrom in seinen Akkretionsfluss übergeht“, so Hinkle. „Das ist etwas, was bei typischen TDEs im Grunde unmöglich ist, da man nicht weiß, wann sie auftreten werden.
Sollte das Team einen weiteren Flare entdecken, werden die Wissenschaftler ein Nachfolgeprogramm starten, um Daten während dieses dritten Flares zu erhalten und sie mit den ersten beiden Flares von ASASSN-22ci zu vergleichen, was zeigen könnte, ob diese TDE weitere Überraschungen bereithält.
„Ich war sehr überrascht von der Tatsache, dass eine so scheinbar gewöhnliche TDE diese Art von Verhalten zeigen konnte“, sagte Hinkle. „Dies ist ein vielversprechendes Zeichen dafür, dass es weiterhin neue und aufregende Wege gibt, um Gezeitenstörungen zu erforschen und sie als Sonden für supermassereiche Schwarze Löcher zu nutzen“.
