Астрономы зафиксировали редкий космический взрыв, когда черная дыра поглотила звезду

Вверху слева: PS1 красное, зеленое и синее ложноцветное gri-изображение поля CSS 161010. Вверху справа: ложноцветное изображение поля вокруг CSS 161010 в полосе V IMACS/Magellan. Внизу: соотношение между массой BH (MBH) и звездной массой (M⋆) для выборки галактик. Расчетная M⋆ хозяина CSS 161010 обозначена вертикальной черной линией, а точки пересечения линий выделены кружками. Автор: The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad89a5

Международная научная группа под руководством исследователя из Института космических исследований Каталонии (IEEC) и Института космических наук (ICE-CSIC) сумела обнаружить исключительно быстрый и яркий космический всплеск в небольшой галактике, расположенной в 500 миллионах световых лет от нас. Об открытии сообщается в The Astrophysical Journal.

Всплеск, идентифицированный как CSS161010, достиг максимальной яркости всего за четыре дня и упал до половины всего за 2,5 дня, что означало, что как его открытие, так и последующие наблюдения за его эволюцией стали научной вехой и вызовом для исследовательской группы. Основным автором этой работы является доктор Клаудия Гутьеррес, научный сотрудник IEEC и ICE-CSIC.

Событие CSS161010 было обнаружено Catalina Real-Time Transient Survey, а предыдущее обнаружение было сообщено All-Sky Automated Survey for SuperNovae. Его последующее наблюдение, которое позволило его охарактеризовать, было проведено с помощью телескопов, включая Gran Telescopio Canarias (GTC) и Nordic Optical Telescope (NOT), оба установлены в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос, Института астрофизики Канарских островов (IAC), расположенной в муниципалитете Гарафиа на острове Ла-Пальма.

Эти типы быстро развивающихся космических явлений были очень сложны для изучения из-за их природы. Однако современные методы и более совершенные приборы позволяют изучать их благодаря улучшенному полю зрения и возможности получения изображений высокого разрешения используемых телескопов.

На сегодняшний день было обнаружено всего лишь дюжина космических взрывов с такими характеристиками яркости и эволюции, но их происхождение остается полной загадкой. Однако группа исследователей под руководством Клаудии Гутьеррес считает, что впервые уникальные спектральные свойства CSS161010 дают важные подсказки о его физическом происхождении, и их анализ предполагает, что на самом деле он является результатом поглощения звезды небольшой черной дырой.

Этот вывод был сделан, когда команда обнаружила широкие линии водорода, показывающие очень высокую скорость, до 10% от скорости света, и беспрецедентную эволюцию. Через два месяца после начала вспышки яркость объекта уменьшилась в 900 раз по сравнению с ее максимумом.

Удивительно, но спектры, полученные Gran Telescopio Canarias в это время, показали, что все профили линий водорода все еще смещены в синюю сторону, что в астрофизике означает, что они движутся к нам с чрезвычайно высокой скоростью. Это указывало бы на сильный отток газа, что совершенно непредвиденно для сверхновой.

«Обнаружение и анализ этих космических взрывов особенно сложны из-за их быстрой эволюции. Однако оперативная реакция нашего научного сотрудничества позволила нам получить высококачественные спектры. Эти данные выявили уникальные свойства, никогда не наблюдавшиеся ни у одного другого объекта, что позволило нам ограничить природу этого необычного события», — объясняет постдокторант Клаудия Гутьеррес.

«Когда мы увидели спектры, мы не знали, что сказать», — говорит Гутьеррес. «Мы никогда не находили профиль линии водорода с таким синим смещением; это смещение означало бы, что газ движется к нам с чрезвычайно высокой скоростью. Эта особенность была одновременно удивительной и интригующей, побудив нас исследовать возможные связи с галактикой, где произошло событие», — добавляет она.

В поисках черных дыр средней массы

Вспышка произошла в крошечной галактике, содержащей массу звезд примерно в 400 раз меньше, чем масса нашего Млечного Пути. Следовательно, если в галактике находится массивная черная дыра, ее масса также должна быть небольшой, соответствующей черной дыре средней массы (100–100 000 солнечных масс).

«Выявление и характеристика черных дыр средней массы необходимы для понимания путей формирования и эволюции черных дыр. Фактически, они являются фундаментальными строительными блоками сверхмассивных черных дыр, обнаруженных в центре галактик, таких как наш Млечный Путь, и наблюдаемых даже в ранней Вселенной», — добавляет профессор Маттила.

Профессор Питер Лундквист из Стокгольмского университета, также входящий в эту группу, добавляет: «То, как развивается линейное излучение в этом объекте, напоминает то, что наблюдается в активных ядрах галактик, где, как известно, существуют сверхмассивные черные дыры. Это сходство дает веские доказательства того, что CSS161010 также содержит черную дыру, хотя и не очень массивную».

Лундквист утверждает: «Разрушение звезды, которая подходит слишком близко к черной дыре средней массы, выявляет черную дыру, которая в противном случае была бы неподвижной. Вероятно, в других карликовых галактиках есть и другие подобные черные дыры, и нам нужно отслеживать события, подобные CSS161010, чтобы точнее определить свойства этих черных дыр».

«Телескопы, которые сканируют небо с высокой частотой, получат решающее значение для открытия большего количества этих редких и быстро развивающихся явлений», — говорит доктор Гутьеррес. «В то же время, современные спектрографы на наземных телескопах, такие как те, которые мы использовали в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма, будут играть решающую роль в их описании. Мы находимся на пороге эпохи новаторских открытий».

Больше информации: Claudia P. Gutiérrez et al, CSS 161010: A Luminous Fast Blue Optical Transient with Broad Blueshifted Hydrogen Lines, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad89a5

Источник: University of Turku