Durante un anno tipo, oltre un milione di persone visitano il Parco Nazionale di Yellowstone, dove il geyser Old Faithful fa esplodere regolarmente un getto d'acqua bollente nell'aria. Ora, un team internazionale di astronomi ha scoperto un equivalente cosmico, una galassia lontana che erutta all'incirca ogni 114 giorni.

Utilizzando i dati provenienti da strutture tra cui l'Osservatorio Neil Gehrels Swift della NASA e il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), gli scienziati hanno studiato 20 esplosioni ripetute di un evento chiamato ASASSN-14ko. Questi vari telescopi e strumenti sono sensibili alle diverse lunghezze d'onda della luce. Usandoli in modo collaborativo, gli scienziati hanno ottenuto immagini più dettagliate delle esplosioni.

"Questi sono i brillamenti multilunghezza d'onda ricorrenti più prevedibili e frequenti che abbiamo visto dal nucleo di una galassia, e ci danno un'opportunità unica per studiare in dettaglio questo Vecchio Fedele extragalattico, " disse Anna Payne, un Graduate Fellow della NASA presso l'Università delle Hawaii a Mānoa. "Pensiamo che un buco nero supermassiccio al centro della galassia crei le esplosioni poiché consuma parzialmente una stella gigante in orbita".

Payne ha presentato i risultati martedì, 12 gennaio al 237° meeting virtuale dell'American Astronomical Society. Un documento sulla fonte e queste osservazioni, guidato da Payne, è in fase di revisione scientifica.

Gli astronomi classificano le galassie con centri insolitamente luminosi e variabili come galassie attive. Questi oggetti possono produrre molta più energia del contributo combinato di tutte le loro stelle, compresi livelli di visibilità superiori al previsto, ultravioletto, e luce a raggi X. Gli astrofisici pensano che l'emissione extra provenga da vicino al buco nero supermassiccio centrale della galassia, dove un disco vorticoso di gas e polvere si accumula e si riscalda a causa delle forze gravitazionali e di attrito. Il buco nero consuma lentamente il materiale, che crea fluttuazioni casuali nella luce emessa dal disco.

Ma gli astronomi sono interessati a trovare galassie attive con brillamenti che si verificano a intervalli regolari, che potrebbe aiutarli a identificare e studiare nuovi fenomeni ed eventi.

"ASASSN-14ko è attualmente il nostro miglior esempio di variabilità periodica in una galassia attiva, nonostante decenni di altre affermazioni, perché la tempistica dei suoi bagliori è molto coerente nei sei anni di dati analizzati da Anna e dal suo team, " ha detto Jeremy Schnittman, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, che studia i buchi neri ma non è stato coinvolto nella ricerca. "Questo risultato è un vero tour de force dell'astronomia osservativa a più lunghezze d'onda".

ASASSN-14ko è stato rilevato per la prima volta il 14 novembre, 2014, dalla All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), una rete globale di 20 telescopi robotici con sede presso la Ohio State University (OSU) a Columbus. Si è verificato in ESO 253-3, una galassia attiva a oltre 570 milioni di anni luce di distanza nella costellazione meridionale del Pictor. Al tempo, gli astronomi pensavano che l'esplosione fosse molto probabilmente una supernova, un evento di una volta che distrugge una stella.

Sei anni dopo, Payne stava esaminando i dati ASAS-SN su galassie attive note come parte del suo lavoro di tesi. Guardando la curva di luce ESO 253-3, o il grafico della sua luminosità nel tempo, notò immediatamente una serie di bagliori equidistanti, per un totale di 17, tutti separati da circa 114 giorni. Ogni bagliore raggiunge la sua massima luminosità in circa cinque giorni, poi si attenua costantemente.

Payne e i suoi colleghi avevano predetto che la galassia sarebbe tornata a brillare il 17 maggio, 2020, così hanno coordinato osservazioni congiunte con strutture terrestri e spaziali, comprese le misurazioni di lunghezze d'onda multiple con Swift. ASASSN-14ko è scoppiato proprio nei tempi previsti. Da allora il team ha previsto e osservato i successivi razzi il 7 settembre e il 20 dicembre.

I ricercatori hanno anche utilizzato i dati di TESS per uno sguardo dettagliato a un precedente flare. TESS osserva strisce di cielo chiamate settori per circa un mese alla volta. Durante i primi due anni della missione, le telecamere hanno raccolto un'immagine dell'intero settore ogni 30 minuti. Queste istantanee hanno permesso al team di creare una linea temporale precisa di un bagliore iniziato il 7 novembre, 2018, seguire la sua comparsa, salire alla massima luminosità, e declinare in grande dettaglio.

"TESS ha fornito un quadro molto completo di quel particolare bagliore, ma a causa del modo in cui la missione immagina il cielo, non può osservarli tutti, " ha detto il co-autore Patrick Vallely, un membro del team ASAS-SN e ricercatore laureato della National Science Foundation presso l'OSU. "ASAS-SN raccoglie meno dettagli sui singoli sfoghi, ma fornisce una linea di base più lunga, che in questo caso è stato determinante. I due sondaggi si completano a vicenda".

Utilizzando misurazioni da ASAS-SN, TESS, Swift e altri osservatori, tra cui NuSTAR della NASA e XMM-Newton dell'Agenzia spaziale europea, Payne e il suo team hanno escogitato tre possibili spiegazioni per i bagliori ripetuti.

Uno scenario prevedeva interazioni tra i dischi di due buchi neri supermassicci orbitanti al centro della galassia. misurazioni recenti, anche in fase di revisione scientifica, suggest the galaxy does indeed host two such objects, but they don't orbit closely enough to account for the frequency of the flares.

The second scenario the team considered was a star passing on an inclined orbit through a black hole's disk. In quel caso, scientists would expect to see asymmetrically shaped flares caused when the star disturbs the disk twice, on either side of the black hole. But the flares from this galaxy all have the same shape.

The third scenario, and the one the team thinks most likely, is a partial tidal disruption event.

A tidal disruption event occurs when an unlucky star strays too close to a black hole. Gravitational forces create intense tides that break the star apart into a stream of gas. The trailing part of the stream escapes the system, while the leading part swings back around the black hole. Astronomers see bright flares from these events when the shed gas strikes the black hole's accretion disk.

In questo caso, the astronomers suggest that one of the galaxy's supermassive black holes, one with about 78 million times the Sun's mass, partially disrupts an orbiting giant star. The star's orbit isn't circular, and each time it passes closest to the black hole, it bulges outward, shedding mass but not completely breaking apart. Every encounter strips away an amount of gas equal to about three times the mass of Jupiter.

Astronomers don't know how long the flares will persist. The star can't lose mass forever, and while scientists can estimate the amount of mass it loses during each orbit, they don't know how much it had before the disruptions began.

Payne and her team plan to continue observing the event's predicted outbursts, including upcoming dates in April and August 2021. They'll also be able to examine another measurement from TESS, which captured the Dec. 20 flare with its updated 10-minute snapshot rate.

"TESS was primarily designed to find worlds beyond our solar system, " said Padi Boyd, the TESS project scientist at Goddard. "But the mission is also teaching us more about stars in our own galaxy, including how they pulse and eclipse each other. Nelle galassie lontane, we've seen stars end their lives in supernova explosions. TESS has even previously observed a complete tidal disruption event. We're always looking forward to the next exciting and surprising discoveries the mission will make."