Астрономы, работающие с обсерваторией имени Нила Герелса Свифта НАСА, заметили нечто необычное. Рентгеновский телескоп обсерватории (XRT) зафиксировал излучение сверхмассивной черной дыры (СМЧД) в галактике на расстоянии около 500 миллионов световых лет. Черная дыра постоянно питается несчастной звездой, подошедшей слишком близко.
Когда СМЧД питается звездой, это называется событием приливного разрушения (TDE). TDE происходит, когда звезда приближается слишком близко к СМЧД, и мощная гравитация оттягивает материал от звезды. Материал всасывается во вращающийся аккреционный диск за пределами черной дыры, нагревается и испускает излучение, особенно рентгеновское. Иногда звезда разрушается. Подавляющая гравитация черной дыры буквально разрывает звезду на части в поток газа. Иногда он выживает, но никогда надолго.
А иногда черная дыра неоднократно питается звездой. Это может произойти, когда звезда движется по сильно эксцентричной орбите. Во время прохождения перицентра он приближается слишком близко к черной дыре. Звезда приближается к дыре и отдает часть своего газа. Когда это происходит, астрономы называют это повторяющимся приливным разрушением или частичным приливным разрушением. В конце концов, звезда потеряет достаточно массы и не сможет удерживаться вместе. Это масса против массы, и сверхмассивная черная дыра всегда победит. Астрономы заинтересованы в повторяющемся явлении TDE и изучают его более внимательно.
Излучение, создаваемое всей этой деятельностью, может рассказать астрономам о характеристиках черной дыры и звезды. Каждый раз, когда черная дыра добавляет в свой аккреционный диск больше звездного материала, она высвобождает энергию. Тип и количество энергии на разных длинах волн многое могут рассказать как о звезде, так и о черной дыре.
Этот недавно обнаруженный повторяющийся TDE называется Swift J0230 (Swift J023017.0+283603). Он находится на расстоянии полмиллиарда световых лет в созвездии Треугольника. Похоже, что он откусывает обреченную звезду каждые 25 дней, хотя эта цифра может меняться на несколько дней. Каждое просветление длится от 10 до 15 дней, но самое продолжительное длилось около 20 дней, а самое короткое — менее суток.
Новая статья представляет это открытие. Оно называется «Ежемесячные квазипериодические извержения в результате повторяющихся разрушений звезд массивной черной дырой» и опубликовано в журнале Nature Astronomy. Ведущий автор — Фил Эванс, астрофизик из Университета Лестера и давний член команды Swift.
Обсерватория Свифта была построена для обнаружения и изучения гамма-всплесков (GRB). GRB — это взрывы невероятной энергии, наблюдаемые в других галактиках. Swift оказался очень эффективным и в 2015 году наблюдал свой тысячный гамма-всплеск. Он также обнаружил четыре гамма-всплеска за один день. В обсерватории есть рентгеновский телескоп, который может помочь более точно определить местонахождение гамма-всплеска, а также отслеживать послесвечение взрыва. Но он также предназначен для быстрого наблюдения любых переходных рентгеновских явлений, включая TDE.
В июне 2022 года он впервые заметил Swift J0230. По словам Эванса и его коллег, звезда, похожая на наше Солнце, вращается вокруг сверхмассивной черной дыры с массой более 200 000 солнечных. Каждый раз, когда черная дыра приближается к звезде, она поглощает около трех земных масс газа.
Swift J0230 откусывает вращающуюся звезду примерно каждые 25 дней. Но другие известные повторяющиеся TDE имеют другие частоты. В одном хорошо известном примере периодичность событий составляет 114 дней, а в другом – короткий девятичасовой промежуток между событиями.
Есть два типа известных объектов, которые тесно связаны с выбросами Swift J0230. Один из них — квазипериодическое извержение (QPE), а другой — периодический ядерный переходный процесс (PNT).
Астрономы полагают, что QPE — это белые карлики, взаимодействующие с маломассивными центральными черными дырами. PNT — это гораздо более длинные вспышки как по продолжительности, так и по периоду повторения, и астрономы полагают, что они происходят от звезд главной последовательности, взаимодействующих с черной дырой и излучающих значительное количество оптического света. Но Swift J0230 устраняет разрыв между ними. Вероятно, это звезда главной последовательности, вращающаяся вокруг черной дыры умеренной массы. Это открытие дает астрономам возможность изучить, как разные типы звезд взаимодействуют с черными дырами разной массы.
J0230 было нелегко обнаружить. Астрономы нашли его с помощью новой техники обработки данных, включающей автоматизированный поиск, разработанный Эвансом. Он называется Swift рентгеновский детектор переходных процессов.
Каждый раз, когда обсерватория Свифта отслеживает участок неба, она загружает данные. Затем детектор рентгеновских переходных процессов Swift обрабатывает данные и сравнивает их с предыдущими рентгеновскими наблюдениями Swift того же региона в поисках изменений. Если детектор переходных процессов обнаруживает изменение в рентгеновских лучах из той же области неба, он выдает предупреждение, и астрономы могут быстро координировать последующие наблюдения.
Новая система обработки данных Эванса почти сразу же принесла дивиденды.
«Swift J0230 был обнаружен всего через два месяца после того, как Фил запустил свою программу», — сказал С. Брэдли Ценко, главный исследователь Swift в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. «Это служит хорошим предзнаменованием для способности детектора идентифицировать другие переходные события и для будущего Свифта, исследующего новые области науки».
«То, что это событие было обнаружено в течение трех месяцев после включения этого поиска в реальном времени, позволяет предположить, что они достаточно распространены…»
Из «Ежемесячных квазипериодических извержений в результате повторяющихся разрушений звезд массивной черной дырой».
Анализ данных является жизненно важной частью современной астрономии. Он играет огромную роль в будущих обсерваториях, таких как обсерватория Веры Рубин. Это также может дать новую жизнь старым телескопам, таким как обсерватория Свифта. Swift был запущен в 2004 году, и обновить его оборудование невозможно. Но, используя достижения в области анализа данных, астрономы извлекают из этих данных новые наблюдения. Без новой технологии обработки данных Эванса Swift никогда бы не обнаружил Swift J0230.
«Аппаратное и программное обеспечение Swift, а также навыки его международной команды позволили ему адаптироваться к новым областям астрофизики на протяжении всего его существования», — сказал ведущий автор Эванс.
Такие системы, как Swift J0230, трудно обнаружить. Они имеют скромные потоки и не имеют выбросов за пределы рентгеновского диапазона. Для их обнаружения требуются повторные наблюдения, в отличие от QPE, которые можно найти в архивных данных. Детекторы реального времени, такие как система Эванса, необходимы, поскольку они могут инициировать быстрые последующие наблюдения.
Будем надеяться, что система найдет еще больше таких объектов, как Swift J0230.
«То, что это событие было обнаружено в течение трех месяцев после включения этого поиска в реальном времени, предполагает, что они достаточно распространены, и мы можем ожидать обнаружения большего количества объектов этого класса с помощью чувствительных рентгеновских инструментов с широким полем зрения, таких как eRosita и в ближайшем будущем — Зонд Эйнштейна».
