Rozerwanie pływowe gwiazdy przez supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki (TDE – tidal disruption event) zachodzi, gdy gwiazda zbliży się zbyt mocno do czarnej dziury. Wówczas część jej materii opada na czarną dziurę, tworząc gorący dysk akrecyjny, który intensywnie promieniuje. Zjawiska TDE są niezwykle istotne, ponieważ pozwalają badać procesy aktywacji uśpionych czarnych dziur oraz powstawanie dżetów relatywistycznych – strumieni materii wyrzucanych z prędkościami bliskimi prędkości światła.

Międzynarodowy zespół badawczy analizujący obiekt TDE 2020afhd odkrył najbardziej przekonujące dotąd dowody na koprecesję dysku akrecyjnego czarnej dziury i jej dżetu.

Badane zjawisko wystąpiło w galaktyce LEDA 145386, oddalonej od nas o około 120 milionów lat świetlnych. Jasny optyczny rozbłysk został zarejestrowany w styczniu 2024 roku, a następnie potwierdzony spektroskopowo jako TDE. Zespół pod kierownictwem Wang Yanana z Narodowych Obserwatoriów Astronomicznych (NAOB) szybko zorganizował międzynarodową kampanię obserwacyjną, wykorzystując teleskopy kosmiczne i naziemne do ponad rocznego monitoringu w wielu zakresach promieniowania.

Obserwacje kosmiczne prowadzono za pomocą teleskopów rentgenowskich Swift, NICER i XMM-Newton, natomiast naziemne – przy użyciu radiointerferometrów VLA, ATCA, e-MERLIN i VLBA, uzupełnionych danymi optycznymi z różnych teleskopów. Dzięki temu uzyskano pełne pokrycie długości fali dla tego zjawiska.

Analiza bogatego zestawu danych doprowadziła do kluczowego odkrycia: około 215 dni po zdarzeniu krzywa blasku w zakresie rentgenowskim wykazała wyraźną quasi-periodyczną oscylację o okresie około 19,6 dnia. Pasmo radiowe również wykazywało silną zmienność, zsynchronizowaną ze zmianami w promieniowaniu rentgenowskim. To międzypasmowe, quasi-periodyczne zachowanie o wysokiej amplitudzie niemal jednoznacznie wskazuje na precesję dysku akrecyjnego i dżetu jako skoordynowanego układu. Można powiedzieć, że „widzimy” rytmiczny ruch czarnej dziury, której dysk i dżet unoszą się i opadają w harmonii.

Wspólna precesja dysku i dżetu, obserwowana w niektórych układach czarnych dziur, jest prawdopodobnie związana z efektem Lense-Thirring, przewidzianym przez ogólną teorię względności Einsteina. W tym zjawisku wirująca czarna dziura „wciąga” otaczającą ją czasoprzestrzeń, powodując precesję nachylonego dysku akrecyjnego i jego prostopadłego dżetu. Choć efekt ten był od dawna przewidywany w modelach teoretycznych i symulacjach, uzyskanie bezpośrednich dowodów obserwacyjnych okazało się niezwykle trudne. Aby temu sprostać, zespół prowadził ciągły monitoring przez ponad rok. Na podstawie zebranych danych opracowano model skoordynowanej precesji dysku i dżetu, który z powodzeniem odtwarza obserwowaną zmienność w zakresie promieniowania rentgenowskiego i radiowego, dostarczając rygorystycznych ograniczeń dotyczących konfiguracji geometrycznej układu, spinu czarnej dziury i prędkości dżetu.

Część danych optycznych wykorzystanych w badaniach pochodzi z teleskopu New Technology Telescope (NTT) w La Silla (Chile), w ramach międzynarodowej współpracy ePESSTO+, w którą od kilku lat zaangażowany jest dr Mariusz Gromadzki z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Science Advances, a artykuł jest dostępny pod adresem: Detection of disk-jet coprecession in a tidal disruption event | Science Advances

Serdecznie gratulujemy dr. Mariuszowi Gromadzkiemu udziału w tym wyjątkowym odkryciu oraz zachęcamy do zapoznania się z pełnym artykułem, który ukazuje, jak istotna jest współpraca naukowców z całego świata.