У черной дыры нашли необычную «корону»: как это связано со смертью звезды

Когда звезда приближается слишком близко к горизонту событий сверхмассивной черной дыры, мощные приливные силы последней разрывают ее. Неоднородное гравитационное поле слишком по-разному действует на «ближнюю» и «дальнюю» стороны звезды, в результате она «вытягивается» и подвергается «спагеттификация». Это явление называется событием приливного разрушения. 

1 марта 2021 года во время автоматизированного обзора всего неба Zwicky Transient Facility исследователи впервые обнаружили событие приливного разрушения AT2021ehb. Его источником была сверхмассивная черная дыра в центре галактики, расположенной всего в 250 млн световых лет от Земли. Астрофизики начали наблюдения почти в самом начале разрушения, когда оно еще не достигло пика, и изучали это событие более года. 

Что произошло?

С момента обнаружения AT2021ehb сразу несколько телескопов наблюдали за тем, что происходит, когда звезда слишком близко подходит к своей черной дыре. Это событие приливного разрушения произошло в галактике с центральной черной дырой, масса которой примерно в 10 млн раз превышает массу Солнца.

Система, расположенная всего в 250 млн световых лет от Земли, стала пятым по расстоянию известным примером разрушения звезды сверхмассивной черной дырой. Но, в отличие от более близких событий, AT2021ehb обнаружили достаточно рано и впервые исследовали одновременно в рентгеновском, ультрафиолетовом, оптическом и радиодиапазонах.

Как происходит приливное разрушение?

Когда звезда подходит слишком близко к черной дыре, сильная гравитация растягивает звезду до тех пор, пока она не превратится в длинную реку горячего газа. Поток газа закручивается вокруг черной дыры, а его частицы сталкиваются друг с другом. 

Считается, что столкновение газа создает ударные волны и направленные наружу потоки газа, которые генерируют излучения как в видимом свете, так и в других диапазонах длин волн (ультрафиолетовое излучение и рентгеновские волны).

По мере развития события приливного разрушения материал начинает оседать в виде диска, вращающегося вокруг черной дыры, как вода, вращающаяся по канализации, при этом трение генерирует низкоэнергетическое рентгеновское излучение. В случае с AT2021ehb вся эта серия событий от начала спагеттификации звезды до формирования диска произошла всего за 100 дней.

Что узнали астрофизики?

Примерно через 300 дней после того, как событие приливного разрушения было идентифицировано впервые, астрофизики начали использовать спутник НАСА NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescopic Array) для наблюдения за черной дырой. Это наиболее чувствительный к рентгеновскому излучению космический телескоп.

Спутник обнаружили у черной дыры корону — облако горячей плазмы, оставшееся от звезды. Это было крайне необычно, поскольку образование короны обычно сопровождается выбросами джетов или релятивистских струй — потоков плазмы, вырывающихся из центра черной дыры. Однако в AT2021ehb джетов не было.

Авторы исследования, опубликованного на этой неделе в Astrophysical Journal, отмечают, что короны излучают рентгеновское излучение с более высокой энергией, чем любая другая часть черной дыры, но астрофизик до сих пор не знают, откуда берется плазма и как именно она становится такой горячей.

Мы никогда не видели такого события приливного разрушения с рентгеновским излучением, как это, без присутствия струи, и это действительно впечатляюще, потому что это означает, что мы потенциально можем отделить то, что вызывает струи, и то, что вызывает короны.

Юхан Яо, аспирант Калифорнийского технологического института в Пасадене и ведущий автор исследования

Исследователи отмечают, что текущие наблюдения предполагают, что формирование короны черной дыры «как-то связано с магнитными полями». Они надеются, что будущие наблюдения помогут объяснить физику этот процесса.

Чем интересны приливные разрушения?

Большинство сверхмассивных черных дыр окружены горячим газом, который накапливался в течение тысяч и миллионов лет. Исследовать эти процессы крайне сложно. События приливного разрушения происходят около черных дыр, но длятся всего несколько недель или месяцев. При этом они гораздо ярче отдельных частиц пыли и газа, формирующих диск у черной дыры.

Яркость и короткая продолжительность событий приливного разрушения помогают астрофизикам за ограниченный период времени изучить, как гравитация черной дыры управляет частицами материи, что представляют собой черные дыры и какая физика работает у горизонта событий.

Приливные разрушения — это своего рода космическая лаборатория. Они — наше окно в режим реального времени, в котором можно увидеть массивную черную дыру, скрывающуюся в центре галактики.

Суви Гезари, астроном из Научного института космического телескопа в Балтиморе и соавтор исследования

Читать далее:

Эйнштейн снова не прав и его главную теорию переписали: как это меняет мир

Опубликовано видео испытаний первого в мире винта с 11 лопастями

Выяснилось, сколько лет воде, которую мы пьем сегодня

_{На обложке: художественная иллюстрация события приливного разрушения AT2021ehb. Изображение: NASA/JPL-Caltech}