Animation von AT2019dsg. (DESY, Wissenschaftskommunikationslabor) Eine Hochenergie Neutrino zurückgeführt auf eine gewalttätige Begegnung zwischen a schwarzes Loch Und ein Star braucht eine andere Entstehungsgeschichte, wie neue Forschungsergebnisse ergeben haben.
Eine Analyse der von der Begegnung, bekannt als AT2019dsg, emittierten Radiowellen hat gezeigt, dass es ziemlich normal war, zumindest was ein Schwarzes Loch betrifft, das einen Stern auseinanderreißt. Das bedeutet, dass das Ereignis nicht energiereich genug war, um Monate später das Neutrino zu produzieren – dass die Ereignisse lediglich zufällig waren.
„Statt den dafür benötigten hellen Materialstrahl zu sehen, sehen wir einen schwächeren Radioausfluss von Material.“ sagte die Astronomin Kate Alexander der Northwestern University. „Statt eines kräftigen Feuerwehrschlauchs sehen wir einen sanften Wind.“
Der Tod eines Sterns durch ein Schwarzes Loch ist kein ordentlicher Prozess. Wenn ein verirrter Stern einem Schwarzen Loch so nahe kommt, dass er von dessen Schwerkraft erfasst wird, dem Koloss Gezeitenkraft Das Produkt des Schwarzen Lochs – das Produkt seines Gravitationsfeldes – dehnt sich zunächst aus und zieht dann den Stern so stark, dass er auseinandergerissen wird.
Dies wird als Tidal Disruption Event (TDE) bezeichnet. Es setzt einen strahlenden Lichtstrahl frei, der hell leuchtet, während die Hälfte der Trümmer des zerfallenen Sterns zu einer Scheibe um das Schwarze Loch herumwirbelt und dabei immense Hitze und Licht erzeugt, bevor es unaufhaltsam über den Ereignishorizont hinausgezogen wird. Die andere Hälfte der Trümmer wird in den Weltraum geschleudert.
AT2019dsg, erstmals am 9. April 2019 entdeckt, war ein solches Ereignis aus einer 750 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie. Röntgen- und Radiobeobachtungen bestätigten, dass ein supermassereiches Schwarzes Loch mit der 30-Millionen-fachen Masse der Sonne eine TDE durchmacht. Fast sechs Monate später, am 1. Oktober 2019, wurde am IceCube-Neutrinodetektor in der Antarktis ein Neutrino namens IC191001A entdeckt, das ein sattes Energieniveau von über 200 Teraelektronenvolt erreicht.
Neutrinos werden „Geisterteilchen“ genannt, weil ihre Masse nahezu Null ist, sie sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen und nicht wirklich mit normaler Materie interagieren; Für ein Neutrino wäre das Universum nahezu körperlos. Gelegentlich interagieren sie jedoch, und so funktioniert IceCube. Wenn ein Neutrino mit dem antarktischen Eis interagiert, kann es einen Lichtblitz erzeugen. Da die Detektoren tief unter dem Eis getunnelt sind, fallen diese Blitze wirklich auf.
Anhand von Merkmalen wie der Ausbreitung des Lichts und seiner Helligkeit können Wissenschaftler das Energieniveau des Neutrinos und die Richtung, aus der es kam, ermitteln. IC191001A kam aus der Richtung von AT2019dsg, so nah, dass Wissenschaftler eine Wahrscheinlichkeit von nur 0,2 Prozent berechneten, dass das Neutrino und TDE nichts miteinander zu tun hatten.
Aber das warf einige erhebliche Probleme auf.
„Wenn dieses Neutrino irgendwie von AT2019dsg stammt, stellt sich die Frage: Warum haben wir in dieser Entfernung oder näher keine Neutrinos entdeckt, die mit Supernovae in Zusammenhang stehen?“ sagte die Astronomin Yvette Cendes des Zentrums für Astrophysik | Harvard & Smithsonian.
„Sie kommen viel häufiger vor und haben die gleichen Energiegeschwindigkeiten.“
Das von Cendes geleitete Forschungsteam nutzte das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Chile, um AT2019dsg über 500 Tage lang im Radiowellenlängenbereich zu beobachten. Sie fanden heraus, dass die TDE im Radiowellenlängenbereich etwa 200 Tage lang weiter heller wurde, dann ihren Höhepunkt erreichte und langsam abzuschwächen begann.
Sie berechneten auch die Gesamtenergiemenge des TDE-Ausflusses: Es handelte sich um etwa die gleiche Energiemenge, die die Sonne in 30 Millionen Jahren abgegeben hat. Das ist auch für einen TDE ziemlich normal Supernovae vom Typ Ib und Typ Ic .
Um ein so energiereiches Neutrino wie IC191001A zu erzeugen, müsste die Energie des Ausflusses etwa 1.000-mal größer gewesen sein.
Außerdem hätte es eine seltsame Geometrie haben müssen, was der Abfluss von AT2019dsg nicht hatte. AT2019dsg ist schließlich wirklich ziemlich gewöhnlich. Da IC191001A nicht gewöhnlich ist, wäre möglicherweise eine neue Erklärung angebracht.
Aber es gibt noch viel, was wir über Neutrinos und TDEs nicht wissen. Das bedeutet, dass AT2019dsg weiterhin von Interesse sein wird.
„Wir werden uns das wahrscheinlich noch einmal ansehen“, sagte Cendes . „Dieses spezielle Schwarze Loch ernährt sich immer noch.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .