Bijna alles in het universum zou een potentiële maaltijd kunnen zijn voor een superzwaar zwart gat, en dat geldt ook voor hele sterren. Zelfs sterren die veel groter zijn dan onze zon kunnen het slachtoffer worden van de extreme zwaartekracht van een zwart gat en in de gapende muil worden getrokken. Het is een beangstigend fenomeen, maar hoe vaak komt het echt voor?
Getijdenverstoringsgebeurtenissen (TDE’s) – wanneer de getijdenkrachten van een zwart gat de zwaartekracht van een ster overheersen en deze uit elkaar scheuren – vinden in elk sterrenstelsel elke 10.000 tot 100.000 jaar plaats. TDE’s kunnen worden gedetecteerd door de enorme hoeveelheden energie die ze uitstoten. Hoewel waarnemingen ervan nog steeds vrij zeldzaam zijn, heeft een internationaal team van onderzoekers er nu 18 ontdekt die bij eerdere zoekopdrachten waren gemist. Waarom?
Veel TDE’s zijn te vinden in stoffige sterrenstelsels. Stof verduistert vele golflengten van straling, van optisch tot röntgenstraling, maar lange infrarode golflengten zijn veel minder gevoelig voor verstrooiing en absorptie. Toen het team de sterrenstelsels in het infrarood controleerde, vonden ze 18 TDE’s die voorheen aan astronomen waren ontgaan.
Verborgen in het volle zicht
Tot nu toe zijn de meeste getijdenverstoringen gedetecteerd in de optische en röntgenbanden. De zoektocht naar TDE’s die optische (dat wil zeggen zichtbaar licht) en röntgenstralen uitzenden, leidde in de jaren 2010 tot een toename van het aantal TDE-ontdekkingen. Deze methoden kunnen nog steeds enkele TDE’s detecteren, maar niet allemaal. Het probleem is dat beide soorten straling korte golflengten hebben die gemakkelijk kunnen worden verstrooid en geabsorbeerd door stof, waardoor objecten en verschijnselen in elk stofrijk sterrenstelsel aan het zicht worden onttrokken.
Een superzwaar zwart gat in de kern van de galactische kern veroorzaakt TDE’s. Stof en gas in de accretieschijf van een zwart gat helpen niet bij detectie.
De meeste door het onderzoeksteam ontdekte TDE’s zijn nog niet eerder in de optische band gedetecteerd door de WISE- of NEOWISE-infraroodobservatoriummissies. Toen ze naar deze gebeurtenissen zochten in gegevens van NASA’s WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) en NEOWISE-missies, samen met gegevens van andere missies zoals SRG’s eROSITA all-sky survey, lieten de optische en röntgenbanden niet veel zien. . Pas toen de onderzoekers naar de midden-infraroodgegevens van WISE/NEOWISE keken, ontdekten ze de verborgen TDE’s.
In een ander licht
Getijdenverstoringsgebeurtenissen die alleen in het infrarood kunnen worden waargenomen, hebben enorme gevolgen voor de feitelijke populatie van TDE’s die er zijn, die moeilijk in te schatten zijn op basis van de gevolgen die alleen in de optische en röntgenbanden worden gedetecteerd. Het lost ook het mysterie op waarom TDE’s leken te ontbreken in stervormende sterrenstelsels, die doorgaans rijk zijn aan stof.
De 18 nieuw ontdekte gebeurtenissen omvatten wat nu de dichtst bekende TDE bij de aarde is. Het bevindt zich in een bijzonder stoffig stervormend sterrenstelsel, waardoor het vrijwel onmogelijk zou zijn om het te zien zonder infraroodwaarnemingen.
Stervorming beïnvloedde waar astronomen naar TDE’s zochten. Tot nu toe werden sterrenstelsels die geen sterren meer vormden beschouwd als ideale plekken om naar TDE’s te zoeken, omdat ze weinig stof bevatten. Omdat sterren worden geboren in massieve wolken van stof en gas, leken er bij waarneming op kortere golflengten geen TDE’s te bestaan in stervormende sterrenstelsels. Dit verklaart waarom werd aangenomen dat TDE’s het meest waarschijnlijk voorkomen in sterrenstelsels waar de stervorming is gestopt of bijna is gestopt.
Stof kan het grootste deel van de tijd in de weg zitten, maar het heeft één voordeel dat onderzoekers daadwerkelijk heeft geholpen een aantal voorheen onbekende TDE’s te vinden. Er ontstaat een enorme hoeveelheid warmte als sterren worden verscheurd door superzware zwarte gaten. Stofecho’s ontstaan wanneer stofdeeltjes worden verwarmd en straling uitzenden, voornamelijk infraroodstraling. Deze stofecho’s kunnen ook helpen bij het detecteren van verborgen TDE’s.
De infrarooddetectie van zoveel TDE’s beantwoordt mogelijk de vraag over “ontbrekende energie”. Er wordt theoretisch voorspeld dat TDE’s meer energie zullen produceren dan we hebben waargenomen, dus waar is de rest gebleven? De onderzoekers die de nieuwe TDE’s hebben gevonden, suggereren dat de indruk van een gebrek aan energie voortkwam uit ons onvermogen om straling waar te nemen die werd verduisterd door stof en gas – er ontbrak geen energie; het bleef gewoon onopgemerkt.
Het blijkt dat TDE’s misschien niet zo zeldzaam zijn als we dachten. Het kan ook zijn dat ze binnen afzienbare tijd zelfs nog minder ongrijpbaar worden. Astronomen zullen een veel duidelijker beeld van de bevolking krijgen na toekomstige onderzoeken, zoals de Legacy Survey of Space and Time (LSST) van het Vera Rubin Observatorium, dat naar hen zoekt met infraroodzicht. Deze krachtige onderzoeken zouden elk jaar honderden, zelfs duizenden TDE’s kunnen vinden.
“Dit werk vertegenwoordigt het puurste voorbeeld [infrared]-geselecteerde TDE’s tot nu toe”, aldus het onderzoeksteam in een onderzoek dat onlangs in The Astrophysical Journal is gepubliceerd. “Als zodanig presenteert het nieuwe inzichten in de demografie van TDE’s in het lokale universum en stelt het ons in staat de eigenschappen van een voorheen verwaarloosde klasse van TDE’s te onderzoeken.”
Het Astrophysical Journal, 2024. DOI: 10.3847/1538-4357/ad18bb