Ученые Массачусетского технологического института выявили 18 новых событий приливного разрушения (TDE) — экстремальных случаев, когда ближайшая звезда приливно втягивается в черную дыру и разрывается в клочья. Эти обнаружения более чем вдвое превышают количество известных TDE в соседней Вселенной. Авторы и права: Меган Мастерсон, Эрин Кара и др.
Разрушающие звезды черные дыры есть повсюду в небе, если вы просто знаете, как их искать. Это одно из сообщений из нового исследования ученых Массачусетского технологического института, опубликованного сегодня в «Астрофизическом журнале».
Авторы исследования сообщают об открытии 18 новых событий приливного разрушения (TDE) — экстремальных случаев, когда ближайшая звезда приливно втягивается в черную дыру и разрывается в клочья. Пока черная дыра пирует, она испускает огромный выброс энергии во всем электромагнитном спектре.
Астрономы обнаружили предыдущие приливные разрушения, ища характерные всплески в оптическом и рентгеновском диапазонах. На сегодняшний день эти поиски выявили около дюжины событий, разрушающих звезды в близлежащей Вселенной. Новые TDE команды MIT более чем вдвое превышают каталог известных TDE во Вселенной.
Исследователи обнаружили эти ранее «скрытые» события, наблюдая за необычным диапазоном: инфракрасным. Помимо оптических и рентгеновских всплесков, TDE могут генерировать инфракрасное излучение, особенно в «пылевых» галактиках, где центральная черная дыра окутана галактическим мусором. Пыль в этих галактиках обычно поглощает и затеняет оптический и рентгеновский свет, а также любые признаки TDE в этих полосах. При этом пыль также нагревается, создавая заметное инфракрасное излучение. Команда обнаружила, что инфракрасное излучение может служить признаком приливно-отливных явлений.
Изучая инфракрасный диапазон, команда Массачусетского технологического института обнаружила гораздо больше TDE в галактиках, где такие события ранее были скрыты. 18 новых событий произошли в разных типах галактик, разбросанных по небу.
«Большинство этих источников не проявляются в оптических диапазонах», — говорит ведущий автор Меган Мастерсон, аспирантка Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института. «Если вы хотите понять TDE в целом и использовать их для исследования демографии сверхмассивных черных дыр, вам нужно смотреть в инфракрасном диапазоне».
Среди других авторов Массачусетского технологического института Кишалай Де, Христос Панайоту, Анна-Кристина Эйлерс, Даниэль Фростиг и Роберт Симко, а также доцент кафедры физики Массачусетского технологического института Эрин Кара, а также сотрудники из нескольких учреждений, включая Институт внеземной физики Макса Планка в Германии.
Тепловой всплеск
Недавно команда обнаружила ближайший TDE, проводя поиск с помощью инфракрасных наблюдений. Это открытие открыло новый инфракрасный маршрут, с помощью которого астрономы могут искать активно питающиеся черные дыры.
Это первое обнаружение побудило группу искать новые TDE. Для своего нового исследования ученые изучили архивные наблюдения, сделанные NEOWISE — обновленной версией широкоугольного инфракрасного исследовательского аппарата НАСА. Этот спутниковый телескоп был запущен в 2009 году и после короткого перерыва продолжил сканировать все небо на предмет инфракрасных «переходных процессов» или коротких всплесков.
Команда просмотрела архивные наблюдения миссии, используя алгоритм, разработанный соавтором Кишалаем Де. Этот алгоритм выделяет закономерности в инфракрасном излучении, которые, вероятно, являются признаками временного всплеска инфракрасного излучения. Затем команда сопоставила отмеченные переходные процессы с каталогом всех известных близлежащих галактик в пределах 200 мегапарсеков, или 600 миллионов световых лет. Они обнаружили, что инфракрасные переходные процессы можно проследить примерно в 1000 галактиках.
Затем они увеличили сигнал инфракрасного всплеска каждой галактики, чтобы определить, возник ли сигнал из источника, отличного от TDE, такого как активное галактическое ядро или сверхновая. Исключив эти возможности, команда затем проанализировала оставшиеся сигналы в поисках инфракрасного рисунка, характерного для TDE, а именно, резкого всплеска, за которым следует постепенный спад, отражающий процесс, посредством которого черная дыра, разрывая на части Звезда внезапно нагревает окружающую пыль примерно до 1000 Кельвинов, а затем постепенно остывает.
Этот анализ выявил 18 «чистых» сигналов приливных нарушений. Исследователи провели обзор галактик, в которых был обнаружен каждый TDE, и увидели, что они встречаются в ряде систем, включая пылевые галактики, по всему небу.
«Если вы посмотрите на небо и увидите группу галактик, TDE произойдет представительно во всех из них», — говорит Мастерсон. «Дело не в том, что они происходят только в одном типе галактик, как думали люди, основываясь только на оптических и рентгеновских исследованиях».
«Теперь можно заглянуть сквозь пыль и завершить перепись близлежащих TDE», — говорит Эдо Бергер, профессор астрономии Гарвардского университета, который не участвовал в исследовании. «Особенно интересным аспектом этой работы является потенциал последующих исследований с помощью крупных инфракрасных исследований, и я очень рад видеть, какие открытия они принесут».
Пыльное решение
Открытия команды помогают решить некоторые важные вопросы в изучении приливных явлений. Например, до этой работы астрономы в основном видели TDE в одном типе галактик — системе «после звездообразования», которая раньше была фабрикой звездообразования, но с тех пор обосновалась. Этот тип галактик редок, и астрономы были озадачены тем, почему TDE появляются только в этих более редких системах. Так получилось, что эти системы также относительно лишены пыли, что естественным образом облегчает обнаружение оптического или рентгеновского излучения TDE.
Теперь, глядя в инфракрасном диапазоне, астрономы могут увидеть TDE во многих других галактиках. Новые результаты команды показывают, что черные дыры могут пожирать звезды в ряде галактик, а не только в системах после вспышки звезды.
Результаты также решают проблему «недостающей энергии». Физики теоретически предсказали, что TDE должны излучать больше энергии, чем наблюдалось на самом деле. Но теперь команда Массачусетского технологического института утверждает, что расхождение может быть объяснено пылью. Они обнаружили, что если TDE происходит в пыльной галактике, сама пыль может поглощать не только оптическое и рентгеновское излучение, но и крайнее ультрафиолетовое излучение в количестве, эквивалентном предполагаемой «недостающей энергии».
18 новых обнаружений также помогают астрономам оценить скорость, с которой TDE происходят в данной галактике. Когда они сравнивают новые TDE с предыдущими открытиями, они подсчитали, что галактика испытывает приливное разрушение раз в 50 000 лет. Эта скорость приближается к теоретическим предсказаниям физиков. Благодаря большему количеству инфракрасных наблюдений команда надеется определить скорость TDE и свойства черных дыр, которые их питают.
«Люди придумывали очень экзотические решения этих головоломок, и теперь мы подошли к тому моменту, когда можем решить их все», — говорит Кара. «Это дает нам уверенность в том, что нам не нужна вся эта экзотическая физика, чтобы объяснить то, что мы видим. И мы лучше понимаем механику того, как звезда разрывается на части и поглощается черной дырой. лучше понять эти системы».
Информация от: Массачусетским технологическим институтом.
