Men denkt dat de meeste sterrenstelsels een superzwaar zwart gat in hun centrum herbergen, wat eigenlijk de manier van het universum is om te zeggen: 'Ik heb een heel grote eetlust.' Deze enorme objecten kunnen miljoenen of zelfs miljarden keren zwaarder zijn dan de zon, en creëren een van de sterkste zwaartekrachtsomgevingen die bekend zijn - sterk genoeg om een ster in spaghetti te veranderen, als je van dat soort metaforen houdt.
Wanneer een ster gevaarlijk dicht bij zo'n zwart gat passeert, is vernietiging niet altijd onmiddellijk. Sommige sterren overleven de ontmoeting en komen terug voor meer, waarbij ze elke keer een nieuwe lichtflits genereren. Deze gebeurtenissen, bekend als herhalende gedeeltelijke getijdenverstoringen (rpTDE's), laten astronomen toe om dezelfde ster herhaaldelijk te zien knabbelen door hetzelfde zwarte gat. Wide-field time-domain surveys maken dit mogelijk door grote delen van de hemel te scannen en objecten te volgen waarvan de helderheid verandert - als een kosmische realityshow.
Toch zijn sommige van deze systemen een mysterie geweest. In plaats van vergelijkbare fakkels te produceren bij elke terugkeer, worden ze gestaag zwakker - als een slechte sequel die stoom verliest. Jarenlang worstelden theoretische modellen om dit gedrag te verklaren.
Nieuw onderzoek van astrofysici aan de Syracuse Universiteit suggereert dat een voorheen ondergewaardeerde eigenschap van de ster de sleutel zou kunnen zijn: hoe snel hij draaide vóór zijn eerste nauwe ontmoeting met het zwarte gat. De studie, gepubliceerd in The Astrophysical Journal, werd geleid door promovendus Ananya Bandopadhyay, samen met postdoc-onderzoeker Benjamin Amend en universitair hoofddocent Eric Coughlin, allemaal in de afdeling Natuurkunde, plus medewerkers elders.
Bij een standaard getijdenverstoring (TDE) varieert de zwaartekracht van het zwarte gat zo sterk over de ster dat de ster volledig uit elkaar wordt gerukt. Het puin valt naar het zwarte gat en laat gedurende dagen tot maanden licht vrij. Zwarte gaten zenden zelf geen licht uit, maar een TDE levert tijdelijk materiaal dat de regio verlicht - een soort kosmische zaklamp.
Niet elke ontmoeting eindigt in totale vernietiging. Als een ster dicht genoeg passeert om slechts een deel van zijn massa te verliezen, is het een gedeeltelijke TDE. Bij een herhalende gedeeltelijke TDE blijft de overlevende kern in een baan en keert terug voor meer nauwe ontmoetingen, waarbij hij elke keer meer materiaal verliest. Deze passages kunnen maanden of meerdere jaren uit elkaar liggen.
De hoeveelheid materiaal die wordt gestript, hangt af van de interne structuur van de ster. Bandopadhyay vergelijkt een ster met lage massa met een luchtige meringue - die steeds vatbaarder wordt voor getijdenkrachten. Een ster met hogere massa is meer geconcentreerd naar het centrum, met een ui-achtige structuur, die zijn buitenste lagen verliest terwijl de kern stabiel blijft, dus het massaverlies neemt in de loop van de tijd af.
Deze structurele verschillen helpen verklaren waarom rpTDE's zich anders ontwikkelen, maar één waarneming is bijzonder raadselachtig geweest: van de ongeveer 10 herhalende systemen die tot nu toe zijn gevonden, vertonen er vier fakkels die steeds zwakker worden. Het zou natuurlijk lijken om aan te nemen dat minder gestript materiaal zwakkere fakkels betekent, maar eerdere simulaties toonden het tegenovergestelde - zelfs met minder massaverlies bleef de piekhelderheid ongeveer hetzelfde.
'We waren hier twee jaar lang verbaasd over,' zegt Bandopadhyay.
Hun eerdere werk onthulde een ander gevolg van getijdenkrachten: ze oefenen koppel uit, waardoor de ster na elke ontmoeting sneller draait. Die verhoogde rotatie verandert hoe snel gestript materiaal terugvalt naar het zwarte gat. Hoewel er minder materiaal terugkomt, gebeurt dit over een kortere tijd, waardoor de piekterugvalsnelheid - en dus de voorspelde fakkelhelderheid - ongeveer constant blijft.
Om de vervagende fakkels te reproduceren, hadden de onderzoekers 'een nieuw ingrediënt' nodig: een ster die al snel roteerde vóór zijn eerste ontmoeting. Hun nieuwe simulaties suggereren dat zo'n ster tijdens latere passages niet veel meer kan worden opgevoerd. Zonder een grote rotatietoename blijft de terugvaltijd stabiel, dus naarmate er minder materiaal wordt gestript, daalt de piekterugvalsnelheid en wordt de fakkel zwakker - wat overeenkomt met waarnemingen.
Maar waarom zou een ster die een superzwaar zwart gat nadert al