(English follows Dutch)

Sinds een paar decennia zien astronomen vanuit zwarte gaten uitbarstingen komen van elektromagnetische straling. Ze gingen er vanuit dat die afkomstig zijn van uit elkaar getrokken sterren, maar ze hebben nooit het silhouet gezien van de daadwerkelijke materiële slierten. Een groep onderzoekers, waaronder Giacomo Cannizzaro en Peter Jonker van SRON/Radboud Universiteit, heeft nu voor het eerst spectrale absorptielijnen waargenomen van de slierten van een gespaghettificeerde ster. Publicatie in MNRAS.

De meeste sterren in ons heelal sterven een natuurlijk dood. Ze blazen hun buitenste schillen weg, of koelen simpelweg af vanwege brandstofgebrek, of ze gaan uit met een knal via een enorme supernova-explosie. Maar sterren die in het centrum van hun sterrenstelsel leven hebben soms minder geluk. Ze lopen het gevaar om uiteen gereten te worden tot dunne sliertjes door het superzware zwarte gat dat zich schuilhoudt in de kern van de meeste sterrenstelsels. De extreme zwaartekracht trekt zoveel harder aan de ene kant van de ster dan aan de andere kant dat hij verwordt tot een dunne sliert. Astronomen noemen dit proces graag spaghettificatie, maar in wetenschappelijke publicaties houden ze met tegenzin vast aan de officiële term Tidal Disruption Event.

Nadat een ster is omgevormd tot een spaghettisliert, valt hij steeds verder het zwarte gat in, onder uitzending van een korte uitbarsting van straling. Sterrenkundigen zien deze uitbarstingen nu al een aantal decennia, en op basis van de theorie nemen ze aan dat ze te maken hebben met Tidal Disruption Events. Maar ze hebben nooit de daadwerkelijke materiële slierten gezien, als in een fysiek object dat niet alleen licht uitzendt maar het ook blokkeert. Een internationaal team van astronomen heeft nu voor het eerst spectrale absorptielijnen waargenomen terwijl ze naar een van de polen keken van een zwart gat. Het was al bekend dat zwarte gaten een schijf kunnen hebben van aangezogen materiaal rond hun evenaar—een accretieschijf—maar absorptielijnen boven een pool van een zwart gat duiden op een lange sliert die vele malen in alle richtingen rondom het zwarte gat is gewikkeld, zoals een garenbal: de daadwerkelijke materiële sliert van een vers uiteengereten ster.

De onderzoekers weten dat het zwarte gat met zijn pool naar hen is gericht doordat ze röntgenstraling oppikken. De accretieschijf is het enige deel van een zwart-gat-systeem dat dit type straling uitzendt. Als ze vanaf de zijkant op het zwarte gat zouden kijken, zouden ze de röntgenstralen van de accretieschijf niet zien. ‘Bovendien zijn de absorptielijnen smal,’ zegt hoofdauteur Giacomo Cannizzaro (SRON/Radboud Universiteit). ‘Ze zijn niet verbreed door het Dopplereffect, zoals je verwacht als je naar een draaiende schijf zou kijken.’

Header image: Een zwart gat trekt een ster uiteen tot een lange sliert, die zich vervolgens rondom het zwarte gat wikkelt. Credit: NASA / CXC / M. Weiss

Astronomers see first hint of silhouette spaghettified star

For decades astronomers have been spotting bursts of electromagnetic radiation coming from black holes. They assumed those are the result of stars being torn apart, but they have never seen the silhouette of the actual material ligaments. Now a group of astronomers, including lead author Giacomo Cannizzaro and Peter Jonker from SRON/Radboud University, has for the first time observed spectral absorption lines caused by strands of a spaghettified star. Publication in MNRAS.

Most stars in our Universe die of natural causes. They either blow off their outer shells, or simply cool down due to fuel shortage, or they could go out with a bang in a giant supernova explosion. But stars living in the inner region of their galaxy might not be so lucky. They are in danger of getting torn into slim filaments by the supermassive black hole that lurks in the center of most galaxies. The extreme gravity of the black hole pulls so much harder at one side of the star than at the other side that it rips the star apart. Astronomers like to call this process spaghettification, but in scientific publications they reluctantly stick with the official term Tidal Disruption Event.

After a star has transformed into a spaghetti strand, it proceeds to fall further into the black hole, emitting a short burst of radiation. Astronomers have spotted these bursts for decades now, and based on the theory they assumed that they were looking at Tidal Disruption Events. But they have never seen the actual material ligaments, as in a physical object that not only emits but also blocks light. Now an international team of astronomers has for the first time observed spectral absorption lines while looking at one of the poles of a black hole. It was already evident that black holes can have a disk of accreted material around their equator, but absorption lines above a black hole’s pole suggest there is a long strand wrapped many times all around the black hole, like a yarn ball: the actual material ligament from a freshly torn star.

The researchers know the black hole is facing them from its pole because they detect X-rays. The accretion disk is the only part of a black hole system that emits this type of radiation. If they were looking edge-on, they wouldn’t see the accretion disk’s X-rays. ‘Moreover the absorption lines are narrow,’ says lead author Giacomo Cannizzaro (SRON/Radboud University). ‘They are not broadened by the Doppler effect, like you’d expect when you would be looking at a rotating disk.’

Header image: A black hole tears down a star, leaving a long string of star material, which then wraps itself around the black hole. Credit: NASA / CXC / M. Weiss