Посмотрите, как звезда уничтожается сверхмассивной черной дырой в первой симуляции такого рода

Известно, что гигантские черные дыры в центрах галактик, таких как наш Млечный Путь, иногда пожирают близлежащие звезды.

Это приводит к драматическому и сложному процессу, в котором звезда, падающая в сторону сверхмассивной черной дыры, спагетируется и разрывается на куски. Возникающий в результате фейерверк называется приливным сбоем.

В новом исследовании, опубликованном сегодня в The Astrophysical Journal Letters, мы создали наиболее детальное моделирование того, как этот процесс развивается в течение года.

Черная дыра разрывает Солнце

Американский астроном Джек Г. Хиллс и британский астроном Мартин Рис впервые выдвинули теорию о приливных разрушениях в 1970-х и 80-х годах. Теория Риса предсказывала, что половина обломков звезды останется связанной с черной дырой и столкнется сама с собой, образуя горячий, светящийся вихрь материала, называемый аккреционным диском. Диск будет настолько горячим, что ему придется испускать большое количество рентгеновских лучей.

Но, ко всеобщему удивлению, оказалось, что большинство из более чем 100 возможных событий приливных разрушений, обнаруженных к настоящему времени, светились преимущественно в видимом диапазоне длин волн, а не в рентгеновском диапазоне. Температура, наблюдаемая в завалах, составляла всего 10 000 градусов по Цельсию. Это эквивалентно поверхности умеренно теплой звезды, а не миллионам градусов, которые можно было бы ожидать от горячего газа вокруг сверхмассивной черной дыры.

Еще более странным является предполагаемый размер светящегося материала, окружающего черную дыру: он в несколько раз больше нашей Солнечной системы и быстро расширяется от черной дыры со скоростью в несколько процентов от скорости света.

Учитывая, что даже черная дыра с массой в миллион солнц лишь немногим больше нашего Солнца, огромные размеры светящегося шара материи, полученные в результате наблюдений, оказались полной неожиданностью.

Астрофизики предположили, что черная дыра каким-то образом была задушена материей во время возмущения, чтобы объяснить отсутствие рентгеновского излучения. Но до сих пор никому не удалось показать, как это происходит на самом деле. Именно здесь в игру вступают наши симуляции.

Хлеб и отрыжка

Черные дыры — грязные едоки, мало чем отличающиеся от пятилетнего ребенка с миской спагетти. Звезда начинается с компактного тела, но затем превращается в спагетти: она вытягивается в длинную тонкую нить под действием экстремальных приливов черной дыры.

Хотя половина материи теперь уже измельченной звезды выбрасывается в сторону черной дыры, на самом деле поглощается только 1% ее. Остальное уносится черной дырой в виде своего рода космической «отрыжки».

Моделировать приливные течения с помощью компьютера сложно. Законы гравитации Ньютона не применимы вблизи сверхмассивной черной дыры, поэтому вам придется принять во внимание все странные и удивительные эффекты общей теории относительности Эйнштейна.

Но аспиранты за упорный труд. Наш последний выпускник, Дэвид Липтай, разработал новый метод моделирования, основанный на методе Эйнштейна, который позволил команде экспериментировать, швыряя ничего не подозревающие звезды в направлении ближайшей черной дыры. Вы даже можете сделать это самостоятельно.

Полученные в результате симуляции, которые можно увидеть на видео здесь, впервые демонстрируют приливные изменения от прихлебывания до отрыжки.

Они отслеживают спагетизацию звезды до тех пор, пока обломки не упадут обратно в черную дыру, а затем произойдет сближение, которое превратит поток в нечто, напоминающее извивающийся садовый шланг. Симуляция длится больше года после первого падения.

Чтобы запустить его на одном из самых мощных суперкомпьютеров Австралии, потребовалось больше года. Уменьшенная версия выглядит следующим образом:

Что мы узнали?

К нашему большому удивлению, мы обнаружили, что 1% материала, попадающий в черную дыру, генерирует столько тепла, что создает чрезвычайно мощный и почти сферический поток. (Примерно как в тот раз, когда вы съели слишком много карри, и по той же причине.)

Черная дыра просто не может проглотить слишком много, поэтому то количество, которое она не может проглотить, душит центральный двигатель и постепенно выбрасывается прочь.

При наблюдении в наши телескопы моделирование многое объясняет. Оказывается, предыдущие исследователи были правы в своей оценке удушья. Это выглядит так:

Новое моделирование показывает, почему приливные силы на самом деле выглядят как звезда размером с Солнечную систему, расширяющаяся со скоростью несколько процентов скорости света и питаемая черной дырой в своем ядре. Вы могли бы даже назвать это «солнцем черной дыры».

Информация от: Разговором