10 Minute
Într-un izbucnire de lumină care a călătorit aproximativ 10 miliarde de ani până la Pământ, astronomii au observat cea mai puternică și cea mai îndepărtată flacără asociată unei găuri negre înregistrată vreodată. Erupția, care a eclipsat pentru scurt timp lumina unor galaxii întregi, a atins o luminozitate de vârf echivalentă cu aproximativ 10 trilioane de Soare și oferă o fereastră rară către fizica extremă din centrul galaxiilor îndepărtate.
O flacără care a rescris cărțile de recorduri
Sursa, catalogată J2245+3743, a erupt brusc în 2018, sporindu-și luminozitatea cu un factor de aproximativ 40 în câteva luni. La maxim a fost de circa 30 de ori mai strălucitoare decât flacăra anterioară de top asociată unui nucleu galactic activ (AGN) — un eveniment denumit colocvial „Scary Barbie”. Echipa de descoperire a estimat că, până la trimiterea analizei în martie 2025, flacăra a eliberat aproape 1e54 erg de energie, o scară comparabilă cu conversia masei întregului Soare în radiație electromagnetică.
Autorul principal Matthew Graham de la Caltech descrie obiectul direct: energetica și distanța îi conferă particularitate. „Acesta nu seamănă cu niciun AGN pe care l-am observat până acum”, a spus el, evidențiind atât intensitatea, cât și originea îndepărtată a luminii. Interpretarea echipei este că este vorba despre un eveniment de disrupție tidală (TDE), în care o gaură neagră supermasivă — estimată la aproximativ 500 de milioane de mase solare — sfâșie o stea ghinionistă.
Contextul observării: astfel de flăcări extreme sunt rare, iar detectarea lor la distanțe cosmologice impune observatoare capabile să monitorizeze câmpuri largi pe perioade îndelungate. Sondaje optice și multi-lungime de undă, combinate cu analize spectroscopice, au permis studierea detaliată a evoluției luminozității și a proprietăților radiației emise în timpul și după eveniment.
De ce cred astronomii că a fost un eveniment de disrupție tidală
Mai multe fenomene cosmice pot produce flăcări strălucitoare care se sting lent. Rafalele de raze gamma asociate cu supernove (așa-numitul BOAT — Brightest Of All Time), kilonovele rezultate din fuziunea de stele neutronice și variabilitatea intrinsecă a AGN-urilor pot imita părți din curba de lumină a unui TDE. Pentru a le diferenția, echipa a analizat evoluția spectrală a flăcării, profilul de strălucire și comportamentul multi-lungime de undă, incluzând date optice, ultraviolete și radio.
Curba de lumină în evoluție a lui J2245+3743 s-a potrivit cel mai bine cu modelele în care o stea — probabil foarte masivă, poate în jur de 30 mase solare — a fost sfâșiată de forțele tidale ale găurii negre. Resturile stelei formează un discul de acreție care radiază intens pe măsură ce materialul spiralează spre orizont. Monitorizările efectuate pe parcursul mai multor ani arată o estompare lentă, dar obiectul rămâne cu aproximativ două magnitudini mai luminos decât nivelul său de dinaintea erupției, fapt care indică faptul că gaura neagră încă consumă ultimele rămășițe ale stelei.
Analizele fotometrice și spectroscopice detaliate au identificat semne caracteristice ale acreției temporare: schimbări în panta curbei de lumină, tranziții de temperatură a radiației emise și posibile apariții/dispariții ale unor linii de emisie în spectru. Aceste caracteristici sunt consistente cu scenarii în care rata de fallback a materialului stellar este inițial foarte mare, putând depăși chiar rata Eddington, urmată de o fază de scădere progresivă.
Ar putea steaua să fi fost atât de masivă?
Stelele masive sunt rare în mediile galactice obișnuite, dar există mecanisme plauzibile pentru formarea unor stele neobișnuit de grele în discurile AGN. Astronomul K. E. Saavik Ford de la City University of New York semnalează că stelele încorporate într-un disc dens de acreție pot acumula masă suplimentară din materialul înconjurător, crescând peste dimensiunile stelelor izolate. Într-un astfel de mediu, interacțiunile dinamice și fuziunile stelar-multiplu pot conduce la progenitori cu mase de ordinul zecilor de mase solare, oferind o explicație plauzibilă pentru cum o stea de ~30 mase solare ar fi putut fi pusă pe o traiectorie de coliziune spre o gaură neagră centrală.
Producerea și stabilitatea unor stele atât de masive în discurile AGN implică condiții specifice: densități mari de gaz, îmbogățire metalică variabilă și procese dinamice care favorizează coalescențe stelare. Modelele numerice ale discurilor AGN sugerează că migrația care aduce obiecte compacte către regiunea centrală poate crește probabilitatea ca astfel de stele să ajungă aproape de orizontul unei găuri negre supermasive, generând evenimente TDE de mare energie.
De asemenea, există discuții teoretice privind rolul radiației și al presiunii de radiație în modele super-Eddington, care pot influența modul în care materialul fallback se pierde sau epatează, afectând astfel semnătura observabilă a evenimentului.
Dilatarea temporală cosmologică: urmărirea evenimentului în slow‑motion
Un aspect remarcabil al lui J2245+3743 este cât de mult pare să dureze flacăra din punctul nostru de vedere. Deși faza strălucitoare a fost vizibilă mai mult de șase ani pe Pământ, efectele relativiste și cosmologice întind atât lungimea de undă a luminii, cât și durata aparentă a evenimentului. Cu alte cuvinte, expansiunea Universului „încetinește” cronologia observată: ceea ce a durat câțiva ani în apropierea sursei poate să ne pară nouă de patru ori mai lung.
„Este dilatarea temporală cosmologică,” explică Graham. „Lumina are nevoie atât de mult timp să traverseze spațiul în expansiune, încât și culoarea, și sincronizarea sunt întinse. Șapte ani aici corespund la aproximativ doi ani acolo, unde evenimentul s-a desfășurat efectiv.” Corectarea pentru acest efect este esențială pentru construirea de modele precise ale progresiei TDE-urilor și pentru compararea unor evenimente la distanțe cosmologice variate.
În practică, interpretarea datelor necesită aplicarea factorului (1 + z), unde z este redshift-ul cosmologic, pentru a readuce curbele de lumină la un cadru de timp propriu sursei. Această corecție afectează nu doar durata, ci și energia radiativă percepută în anumite benzi, deoarece radiația este deplasată către lungimi de undă mai lungi. Astfel, datele în ultraviolet observate la Pământ pot corespunde unor componente de energie mai energetică emise inițial în cadrul sursei.
Implicații pentru descoperire și căutări în arhive
Recunoașterea lui J2245+3743 ca TDE are consecințe practice importante. Multe detectări tranziente anterioare în sondaje cu câmp larg ar putea fi fost clasificate greșit ca variabilitate AGN sau alte fenomene. Prin dezvoltarea de template-uri rafinate care să ia în calcul curbe de lumină redshiftate și dilatate temporal, astronomii pot retria datele arhivate pentru a căuta evenimente similare extreme care au fost trecute cu vederea inițial.
Căutările în arhivele fotometrice și spectroscopice pot fi optimizate prin aplicarea unor filtre care prioritizează evenimente cu creșteri rapide și decăderi lente, semnături spectrale asociate proceselor de acreție și corelarea multi-lungime de undă (optică, ultraviolete, X și radio). De asemenea, machine learning și metode statistice avansate pot ajuta la separarea TDE-urilor de variabilitatea stocastică a AGN-urilor, reducând rata de fals pozitive.
Descoperirea mai multor TDE-uri îndepărtate și energice va ajuta astronomii să probeze demografia găurilor negre supermasive, fizica acreției în condiții extreme, și populațiile stelare din discurile AGN. În plus, astfel de evenimente servesc ca laboratoare pentru studierea fluxurilor super-Eddington, formării discurilor temporare de acreție și a posibilității de accelerare a jeturilor relativiste în urma disrupției. Valoarea științifică a acestor descoperiri subliniază importanța programelor de monitorizare pe termen lung, multi-lungime de undă, capabile să surprindă transienți lenti și foarte luminosi de-a lungul istoriei cosmice.
Unde a fost publicată această cercetare
Analiza și interpretarea lui J2245+3743 au fost publicate în Nature Astronomy. Lucrarea combină monitorizare fotometrică și spectroscopică, modelare a energeticii flăcării și comparații contextuale cu alte explozii cosmice rare, precum rafalele de raze gamma și kilonovele. Publicarea într-o revistă de top evidențiază atât robustețea setului de date, cât și importanța rezultatelor pentru comunitatea astronomică.
În articolul din Nature Astronomy, autorii oferă detalii despre metodele de reducere a datelor, despre calibrarea curbelor de lumină și despre tehnicile utilizate pentru estimarea masei găurii negre și a masei estimate a stelei perturbate. Rezultatele sunt puse în contextul modelelor teoretice actuale ale TDE-urilor și al studiilor anterioare, sugerând direcții viitoare de cercetare și observații care ar putea confirma sau rafina concluziile.
Expertiză și comentariu
„Observații precum cea a lui J2245+3743 ne reamintesc că Universul încă are excepții care provoacă modelele noastre,” spune Dr. Mira Halvorsen, o astrofiziciană (personaj fictiv) care studiază acreția pe găuri negre. „Acest eveniment ne extinde înțelegerea asupra câtă energie poate fi eliberată în timpul unei disrupții tidale — și cum mediul în jurul unei găuri negre, precum un disc AGN, poate modela atât steaua progenitoare, cât și lumina pe care o observăm ulterior.”
Comentariile experților subliniază faptul că, pe lângă parametrii de bază (masă, redshift, energie totală), mediul local și procesele hidrodinamice joacă un rol esențial în determinarea semnăturilor observabile ale TDE-urilor. Studiile viitoare vor avea ca obiectiv decuplarea acestor efecte pentru a extrage parametri fizici fundamentali ai găurii negre și ai materialului disrupted.
Urmărirea pe termen lung — în benzile X, optice și radio — va dezvălui cât de rapid J2245+3743 se întoarce la baza sa și va rafina estimările masei stelei distruse și a găurii negre. De exemplu, observările X pot evidenția componenta termică a discului de acreție și pot detecta eventuale jeturi, în timp ce datele radio pot semnala interacțiunea eyectelor cu mediul interstelar, oferind informații despre densitatea locală și despre vitezele gazului ejectat.
Până când aceasta se întâmplă, J2245+3743 rămâne recordman: o flacără mai strălucitoare decât orice altceva documentat anterior, trimisă din adâncurile trecutului cosmic și redată în slow‑motion de expansiunea Universului. Importanța sa științifică constă nu doar în magnitudinea fenomenului, ci și în potențialul său de a testa și de a extinde modelele de fizică a acreției, evoluției stelare în medii extreme și demografiei găurilor negre la redshift înalt.
Pe termen mediu și lung, comunitatea științifică se așteaptă ca proiecte viitoare — precum extinderi ale sondajelor optice de câmp larg, noi instrumente în domeniul razelor X și array-uri radio sensibile — să crească numărul detectărilor TDE la distanțe cosmologice. Aceste date vor permite construcția unei statistici solide, esențială pentru a înțelege frecvența acestor evenimente și rolul lor în evoluția galaxiilor și a găurilor negre supermasive.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu