Черная дыра уничтожает звезду и преследует другую

Автор: X-ray: NASA/CXC/Queen's Univ. Belfast/M. Nicholl et al.; Optical/IR: PanSTARRS, NSF/Legacy Survey/SDSS; Illustration: Soheb Mandhai / The Astro Phoenix; Image Processing: NASA/CXC/SAO/N.

Огромная черная дыра разорвала одну звезду и теперь использует ее обломки, чтобы уничтожить другую звезду или меньшую черную дыру, которая раньше была в безопасности.

Это открытие, сделанное с помощью рентгеновской обсерватории Chandra NASA, космического телескопа Hubble, NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer), обсерватории Neil Gehrels Swift и других телескопов, помогает астрономам связать две тайны, где ранее были только намеки на связь. Исследование опубликовано в журнале Nature.

В 2019 году астрономы стали свидетелями сигнала звезды, которая слишком близко подошла к черной дыре и была уничтожена ее гравитационными силами. После того, как звезда была разорвана, ее остатки образуют диск, который вращается вокруг черной дыры, словно звездное кладбище.

Однако за несколько лет этот диск расширился наружу и теперь находится прямо на пути другой звезды или, возможно, черной дыры звездной массы, вращающейся вокруг массивной черной дыры на ранее безопасном расстоянии. Эта вращающаяся звезда теперь многократно врезается в диск обломков, примерно раз в 48 часов, совершая круг. Когда это происходит, столкновение вызывает вспышки рентгеновского излучения, которые астрономы зафиксировали с помощью Chandra.

«Представьте себе ныряльщицу, которая постоянно заходит в бассейн и создает всплеск каждый раз, когда она входит в воду», — сказал Мэтт Николл из Университета Квинс в Белфасте, Великобритания, ведущий автор исследования. «Звезда в этом сравнении похожа на ныряльщика, а диск — на бассейн, и каждый раз, когда звезда ударяется о поверхность, она создает огромный «всплеск» газа и рентгеновских лучей. Поскольку 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 в единой вспышке света. Астрономы называют это «событиями приливного разрушения».

В последние годы астрономы также открыли новый класс ярких вспышек из центров галактик, которые обнаруживаются только в рентгеновских лучах и повторяются много раз. Эти события также связаны со сверхмассивными черными дырами, но астрономы не смогли объяснить, что вызвало полурегулярные всплески рентгеновских лучей. Они назвали их «квазипериодическими извержениями».

«Были лихорадочные предположения, что эти явления связаны, и теперь мы обнаружили доказательства того, что это так», — сказал соавтор Дхирадж Пашам из Массачусетского технологического института. «Это как получить два космических результата по цене одного в плане разгадывания тайн».

Это приливное событие, теперь известное как AT2019qiz, было впервые обнаружено широкоугольным оптическим телескопом в Паломарской обсерватории, называемым Zwicky Transient Facility, в 2019 году. В 2023 году астрономы использовали Chandra и Hubble для изучения мусора, оставшегося после окончания приливного нарушения.

Данные Chandra были получены в ходе трех различных наблюдений, каждое из которых было разделено примерно на 4–5 часов. Общая экспозиция около 14 часов времени Chandra выявила только слабый сигнал в первом и последнем фрагменте, но очень сильный сигнал в середине наблюдения.

Оттуда Николл и его коллеги использовали NICER, чтобы часто просматривать AT2019qiz на предмет повторяющихся рентгеновских всплесков. Данные NICER показали, что AT2019qiz извергается примерно каждые 48 часов. Наблюдения с телескопа Swift и индийского телескопа AstroSat закрепили это открытие.

Ультрафиолетовые данные с Хаббла, полученные одновременно с наблюдениями Чандра, позволили ученым определить размер диска вокруг сверхмассивной черной дыры. Они обнаружили, что диск стал достаточно большим, и если какой-либо объект вращался вокруг черной дыры с периодом около недели или меньше, он бы столкнулся с диском и вызвал бы извержения.

«Это большой прорыв в нашем понимании происхождения этих регулярных извержений», — сказал Эндрю Маммери из Оксфордского университета. «Теперь мы понимаем, что нам нужно подождать несколько лет, чтобы извержения «включились» после того, как звезда была разорвана на части, потому что требуется некоторое время, чтобы диск достаточно расширился, чтобы столкнуться с другой звездой».

Этот результат имеет значение для поиска большего количества квазипериодических извержений, связанных с приливными нарушениями. Обнаружение большего количества таких извержений позволило бы астрономам измерить распространенность и расстояния до объектов на близких орбитах вокруг сверхмассивных черных дыр. Некоторые из них могут стать отличными целями для запланированных будущих гравитационно-волновых обсерваторий.

Миссии НАСА являются частью растущей всемирной сети миссий с различными, но взаимодополняющими возможностями, отслеживающих подобные изменения для разгадки тайн устройства Вселенной.

Больше информации: M. Nicholl et al, Quasi-periodic X-ray eruptions years after a nearby tidal disruption event, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08023-6

Источник: Chandra X-ray Center