Недавние наблюдения, показывающие как чёрная дыра пожирает звезду, могут помочь учёным понять более сложное поведение чёрных дыр. Несколько телескопов НАСА недавно наблюдали, как массивная чёрная дыра разрывает на части несчастную звезду, которая подошла слишком близко. Находящаяся примерно в 250 миллионах световых лет от Земли в центре далёкой галактики, она стала пятым ближайшим примером уничтожения звезды чёрной дырой из когда-либо наблюдавшихся.
Как только звезда была полностью разорвана гравитацией чёрной дыры, астрономы увидели резкий рост высокоэнергетического рентгеновского излучения со стороны чёрной дыры. Это указывало на то, что по мере того, как звёздный материал двигался к своей гибели, он образовывал чрезвычайно горячую структуру над чёрной дырой, называемую короной.
Согласно новому исследованию, опубликованному в Astrophysical Journal, спутник NuSTAR (НАСА) является наиболее чувствительным космическим телескопом, способным наблюдать эти длины волн света, а близость события обеспечила беспрецедентное представление о формировании и эволюции короны.
Событие приливного разрушения
Работа демонстрирует, как разрушение звезды чёрной дырой – процесс, официально известный как событие приливного разрушения – можно использовать для лучшего понимания того, что происходит с материалом, захваченным одним из этих монстров, прежде чем он будет полностью поглощён.
Большинство чёрных дыр, которые могут изучать астрономы, окружены горячим газом, который накапливался в течение многих лет, иногда тысячелетий, и всё это время формировал диски шириной в миллиарды километров. В некоторых случаях эти диски сияют ярче, чем целые галактики. Даже вокруг этих ярких источников, но особенно вокруг гораздо менее активных чёрных дыр, выделяется одна разрывающаяся и поглощаемая звезда.
И от начала до конца процесс часто занимает всего несколько недель или месяцев. Наблюдаемость и короткая продолжительность приливных разрушений делают их особенно привлекательными для учёных, которые таким образом могут понять, как гравитация чёрной дыры манипулирует материалом вокруг неё, создавая невероятные световые шоу.
“Приливные разрушения – это своего рода космическая лаборатория”, – сказал соавтор исследования Суви Гезари, астроном из Научного института космического телескопа в Балтиморе. “Они – наше окно, в котором в режиме реального времени, можно увидеть массивную чёрную дыру, скрывающуюся в центре галактики”.
В центре внимания нового исследования находится событие под названием AT2021ehb, которое произошло с чёрной дырой примерно в 10 миллионов раз более массивной, чем наше Солнце. Во время этого приливного разрушения притяжение, оказываемое на ту сторону звезды, которая находилась ближе к чёрной дыре, было сильнее, чем на ту, которая находилась дальше. Из-за этого материал звёзды вытягивался и она становилась похожей на длинную лапшу из горячего газа.
Учёные считают, что во время таких событий поток газа закручивается вокруг чёрной дыры, сталкиваясь сам с собой. Считается, что это создаёт ударные волны и направленные наружу потоки газа, которые генерируют видимый свет, а также излучение, невидимое человеческому глазу, такое как ультрафиолетовый свет или рентгеновские лучи. Затем материал начинает формировать диск, вращающейся вокруг чёрной дыры, при этом трение генерирует низкоэнергетическое рентгеновское излучение. В случае с AT2021ehb эта серия событий произошла всего за 100 дней.
Чёрная дыра пожирает звезду
Событие было впервые замечено 1 марта 2021 года исследователями в Паломарской обсерватории в Южной Калифорнии. Впоследствии оно было изучено с помощью космического телескопа Swift (НАСА) и телескопа NICER (который наблюдает более длинные волны рентгеновского излучения, чем Swift).
Затем, примерно через 300 дней после того, как событие было впервые замечено, NuSTAR начал наблюдать за системой. Учёные были удивлены, когда NuSTAR обнаружил корону – облако горячей плазмы или атомы газа с оторванными электронами – поскольку короны обычно появляются со струями газа, которые текут в противоположных направлениях от чёрной дыры.
Однако при приливном событии AT2021ehb джеты отсутствовали, что делало присутствие короны неожиданным. Короны излучают рентгеновское излучение с более высокой энергией, чем любая другая часть чёрной дыры, но учёные не знают, откуда берётся плазма и как именно она становится такой горячей.
“Мы никогда не видели такого события приливного разрушения с рентгеновским излучением, как это, без присутствия джета, и это действительно впечатляюще, потому что это означает, что мы потенциально можем понять, что именно вызывает появление джетов, когда чёрная дыра пожирает звезду”, – сказал Юхан Яо, ведущий автор нового исследования. “Наши наблюдения за AT2021ehb согласуются с идеей о том, что магнитные поля имеют какое-то отношение к тому, как формируется корона, и мы хотим знать, что вызывает такое сильное магнитное поле”.
Яо также возглавляет усилия по поиску новых событий приливного разрушения, выявленных обсерваторией Zwicky Transient Facility, а затем наблюдает за ними с помощью таких телескопов, как Swift, NICER и NuSTAR. Каждое такое наблюдение предлагает потенциал для новых идей или возможностей для подтверждения того, что наблюдалось в AT2021ehb и в случае других событий, связанных с приливами.