Konstnärsåterskapning av eventet där ett mellanstort svart håål slukar en stjärna. Bild: Gabriel Pérez (IAC)

– Hittills har astronomer bara observerat ett tiotal sådana kosmiska explosioner av liknande ljusstyrka och utveckling, men deras ursprung har varit ett fullständigt mysterium fram till nu, säger professor Peter Lundqvist vid Stockholms universitet, som är en av huvudförfattarna
till studien.

Forskargruppen upptäckte egenskaper i objektets spektrum som aldrig observerats tidigare för liknande utbrott. Utifrån detta kunde forskarna för första gången förstå hur utbrotten har sitt ursprung. Enligt forskarna härrör utbrottet från ett mellanstort svart hål som helt eller delvis svalde stjärnan.

De aldrig tidigare skådade observationerna utesluter en supernova

Studien fann att spektrallinjer från väte var ovanligt breda, vilket tyder på att gasen rörde sig i extremt höga hastigheter, upp till 10% av ljusets hastighet. Två månader efter explosionens början hade objektets ljusstyrka minskat med 900 gånger från vid maximum. Observationer som gjordes med GTC-teleskopet visade att spektrallinjerna var nästan helt blåskiftade, vilket betyder att ljuset från objektet hade förskjutits till kortare våglängder.

En sådan observation har aldrig tidigare setts vid någon annan kosmisk explosion under hela dess utveckling.

– Det tyder på ett mycket kraftigt utflöde av gas, nästan bara i riktning mot oss, vilket är helt oväntat för en supernova. Det vill säga fenomenet kan inte förklaras som en supernovaexplosion, förklarar Lundqvist.

– När vi såg de första spektrumen visste vi inte hur vi skulle tolka detta. Vi hade aldrig sett en sådan blåskiftad vätelinjeprofil tidigare. Det var både överraskande och spännande och fick oss att utforska möjliga kopplingar till galaxen där händelsen ägde rum. Våra observationer avslöjade unika egenskaper hos utbrottet som aldrig har observerats i någon annan transient astronomisk händelse. Tack vare det kan ursprunget av denna extraordinära händelse klarläggas, säger Dr Claudia Gutiérrez, som arbetar vid Catalan Space Research Institute och Spanish Institute of Space Sciences, och som är huvudförfattare till gruppens rapport.

Forskningen hjälper till att förstå utvecklingen av svarta hål

Utbrottet inträffade i en liten galax med cirka 400 gånger färre stjärnor än vår Vintergata. Så om galaxen har ett massivt svart hål måste dess massa också vara liten i förhållande till de supermassiva svarta hål (Super Massive Black Hole, SMBH) man sett tidigare. Massan av
det nya svarta hålet är troligen knappt 104 solmassor och helt inom intervallet 102-105 solmassor, vilket är definitionen för ett s.k. mellanstort svart hål (Intermediate-Mass Black Hole, IMBH).

– Hittills har sådana medelstora svarta hål varit extremt svåra att identifiera, och astronomer känner bara till en handfull fall, säger en av huvudförfattarna professor Seppo Mattila vid Åbo universitet.
- Inga av dessa tidigare fall är dock helt bekräftade. Identifieringen av sådana svårupptäckta mellanstora hål är väsentligt för att förstå bildandet och utvecklingen av svarta hål. Dessa svarta hål är förmodligen byggstenar till de supermassiva svarta hålen som finns i mitten av
galaxer som vår Vintergata, och de som visat sig existera redan i det tidiga universum, säger Mattila.

Enligt Peter Lundqvist liknar utvecklingen av spektrallinjerna för detta objekt utvecklingen hos observationer av aktiva galaxer, som är kända för att innehålla supermassiva svarta hål.

– Denna likhet är ett starkt bevis på att CSS161010 också har ett svart hål, om än inte ett särskilt massivt. En stjärna som kom nära dess svarta hål slets helt eller delvis itu och händelsen avslöjade ett annars ”tyst” och okänt svart hål. Det finns sannolikt fler sådana svarta hål i andra dvärggalaxer, och vi måste övervaka liknande händelser för att förfina våra kunskaper om egenskaperna hos dessa svarta hål.

Snabba händelser kan upptäckas tack vare nya metoder och internationellt samarbete

Tack vare de högkvalitativa spektrometriska observationerna som GTC-teleskopet och andra teleskop gjorde, kunde studien avslöja det fysiska ursprunget till utbrottet. Händelsen observerades av Catalina Real-Time Transient Survey, och en tidigare upptäckt rapporterades av All-Sky Automated Survey för SuperNovae.

Tack vare det stora synfältet och högfrekventa avbildningar m.h.a. moderna teleskop har astronomer nyligen börjat observera fler och fler av dessa sällsynta och snabbt utvecklande kosmiska fenomen.

– Att hitta och analysera dessa kosmiska explosioner är särskilt utmanande på grund av deras snabbt utvecklande natur. Att vår grupp reagerade så snabbt möjliggjorde att få flera spektra av hög kvalitet, säger Gutiérrez.

– Framtida högfrekventa studier är viktiga när man försöker hitta fler av dessa sällsynta, snabbt utvecklande händelser. Samtidigt spelar nya ännu mer exakta mätinstrument en avgörande roll för att beskriva dem. Vi står på tröskeln till en era full av banbrytande upptäckter, fyller Lundqvist och Mattila i.
Studien har publicerats i Astrophysical Journal