Фото предоставлено: Рентген: НАСА/CXC/Королевский университет. Белфаст/М. Николл и др.; Оптический/ИК: PanSTARRS, NSF/Legacy Survey/SDSS; Иллюстрация: Сохеб Мандхай / Астро Феникс; Обработка изображений: NASA/CXC/SAO/N.
Массивная черная дыра разорвала звезду на части и теперь использует эти звездные обломки, чтобы разрушить другую звезду или меньшую черную дыру, которая ранее находилась под открытым небом.
Это открытие, сделанное с помощью рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра», космического телескопа «Хаббл», NICER (Исследователь внутреннего состава нейтронных звезд), обсерватории Нила Гереля «Свифт» и других телескопов, помогает астрономам соединить две загадки, о связи которых раньше были только доказательства. Исследование опубликовано в журнале Nature.
В 2019 году астрономы наблюдали сигнал от звезды, которая подошла слишком близко к черной дыре и была уничтожена гравитационными силами черной дыры. После разрушения остатки звезды образуют диск, который вращается вокруг черной дыры, как своего рода звездное кладбище.
Однако в течение нескольких лет этот диск расширился и теперь находится непосредственно на орбите другой звезды или, возможно, черной дыры звездной массы, которая вращается вокруг массивной черной дыры на ранее безопасном расстоянии. Эта вращающаяся звезда теперь неоднократно, примерно каждые 48 часов, проходит через диск обломков. Когда это происходит, столкновение вызывает всплески рентгеновского излучения, которые астрономы зафиксировали с помощью Чандры.
«Представьте себе женщину-дайвера, постоянно заходящую в бассейн и создающую всплеск каждый раз, когда она входит в воду», — сказал Мэтт Николл из Королевского университета в Белфасте, Великобритания, ведущий автор исследования. «Звезда в этом сравнении похожа на дайвера, а диск — это бассейн, и каждый раз, когда звезда достигает поверхности, она создает огромный «всплеск» газа и рентгеновских лучей. Когда звезда вращается вокруг черной дыры, она делает это снова и снова.
Ученые задокументировали множество случаев, когда объект приближался слишком близко к черной дыре и разрывался на части одной вспышкой света. Астрономы называют эти события «приливными разрушениями».
В последние годы астрономы также открыли новый класс ярких вспышек из центров галактик, которые обнаруживаются только в рентгеновских лучах и повторяются многократно. Эти события также связаны со сверхмассивными черными дырами, но астрономы не смогли объяснить, что вызывает полурегулярные всплески рентгеновского излучения. Они назвали эти «квазипериодические извержения».
«Были лихорадочные предположения о том, что эти явления связаны между собой, и теперь мы нашли доказательства этого», — сказал соавтор Дирадж Пашам из Массачусетского технологического института. «Когда дело доходит до решения головоломок, это похоже на космическую победу два на один».
Это событие приливного разрушения, теперь известное как AT2019qiz, было впервые обнаружено в 2019 году широкоугольным оптическим телескопом Паломарской обсерватории под названием Zwicky Transient Facility. В 2023 году астрономы использовали «Чандру» и «Хаббл» для изучения обломков, оставшихся после окончания наводнения.
Данные «Чандры» были получены в ходе трех разных наблюдений, каждое с интервалом от 4 до 5 часов. Общая экспозиция около 14 часов по времени Чандры показала лишь слабый сигнал в первом и последнем участках, но очень сильный сигнал в середине наблюдения.
После этого Николл и его коллеги использовали NICER для периодического сканирования AT2019qiz на предмет повторных всплесков рентгеновского излучения. Данные NICER показали, что AT2019qiz извергается примерно каждые 48 часов. Наблюдения Swift и индийского телескопа AstroSat подтвердили это открытие.
Ультрафиолетовые данные «Хаббла», полученные одновременно с наблюдениями «Чандры», позволили ученым определить размер диска вокруг сверхмассивной черной дыры. Они обнаружили, что диск стал настолько большим, что любой объект, вращающийся вокруг черной дыры с периодом около недели или меньше, столкнулся бы с диском и вызвал бы вспышку.
«Это крупный прорыв в нашем понимании происхождения этих периодических вспышек», — сказал Эндрю Маммери из Оксфордского университета. «Теперь мы знаем, что нам придется ждать несколько лет, прежде чем произойдет вспышка после того, как звезда разорвется на части, потому что диску требуется время, чтобы расшириться достаточно далеко, чтобы поразить другую звезду».
Этот результат имеет значение для поиска более квазипериодических извержений, связанных с приливными нарушениями. Если бы их было обнаружено больше, астрономы могли бы измерить количество и расстояние до объектов на близких орбитах вокруг сверхмассивных черных дыр. Некоторые из них могут стать отличными целями для будущих обсерваторий гравитационных волн.
Миссии НАСА являются частью растущей глобальной сети миссий с разными, но взаимодополняющими возможностями, которые ищут подобные изменения для разгадки загадок того, как устроена Вселенная.
Информация от: рентгеновским центром Чандра.
