Астрономи виявили найенергійніші вибухи з часів Великого вибуху

Рідкісні перехідні явища (транзієнти) з вивільненням енергії, більшої, ніж вибух 100 наднових, відбуваються, коли надмасивні чорні діри пожирають масивні зорі.

Про це розповідають у Національному управлінні з аеронавтики й дослідження космосу (NASA) США, передають OstanniPodii.com.

Чорні діри невидимі для нас, якщо вони не взаємодіють з чимось іншим. Деякі з них безперервно поглинають газ і пил і з часом починають яскраво світитися, коли туди потрапляє матерія. Але інші чорні діри роками таємно вичікують, поки якась зоря не підійде достатньо близько, щоб нею перекусити.

Нове дослідження з використанням космічних і наземних даних NASA, ЄКА (Європейського космічного агентства) та інших установ описує три екстремальні приклади надмасивних чорних дір, які бенкетують на масивних зорях. Ці події вивільнили більше енергії, ніж 100 наднових, і являють собою найенергійніший тип космічного вибуху з часів Великого вибуху, виявлений на сьогодні.

Кожна надмасивна чорна діра знаходиться в центрі далекої галактики й раптово спалахує, коли руйнує зорю від трьох до 10 разів важчу за наше Сонце. Яскравість потім триває кілька місяців.

Вчені описують ці рідкісні явища як нову категорію космічних подій під назвою "екстремальні ядерні транзієнти" (ENT). Пошук більшої кількості таких ENT може допомогти виявити деякі з найбільших надмасивних чорних дір у Всесвіті, які зазвичай поводяться тихо.

"Ці події -- єдиний спосіб отримати прожектор, який ми можемо спрямувати на неактивні масивні чорні діри", - сказав Джейсон Ґінкл, аспірант Гавайського університету й провідний автор нового дослідження в журналі Science Advances, що описує це явище.

Ці події вивільняють величезну кількість високоенергетичного випромінювання на центральні регіони своїх галактик. "Це має наслідки для середовища, в якому відбуваються ці події", - каже Ґінкл. "Якщо в галактиках відбуваються ці події, вони важливі для самих галактик".

Руйнування зірок виробляє високоенергетичне світло, якому потрібно понад 100 днів, щоб досягти піка яскравості, а потім понад 150 днів, щоб згаснути до половини свого піка. Те, як високоенергетичне випромінювання впливає на навколишнє середовище, призводить до викидів нижчих енергій, які також можна виявити за допомогою телескопів.

Одна з таких зоряних подій, що руйнує зорі, яку назвали "Барбі" через її каталожний ідентифікатор ZTF20abrbeie, була відкрита у 2020 році на Установці транзієнтів Цвіккі в Паломарській обсерваторії Каліфорнійського технологічного інституту та задокументована у двох дослідженнях 2023 року. Дві інші чорні діри були виявлені місією Gaia ЄКА в 2016 і 2018 роках і детально вивчаються в новій роботі.

Обсерваторія NASA імені Ніла Геррела Свіфта мала вирішальне значення для підтвердження того, що ці події мали бути пов′язані з чорними дірами, а не з вибухами зірок чи іншими явищами. Те, як рентгенівське, ультрафіолетове та оптичне світло яскравішало та тьмянішало з часом, було схоже на "відбиток пальця", що збігається з відбитком чорної діри, яка розриває зорю на частини.

Вчені також використовували дані космічного апарату NASA WISE, який експлуатувався з 2009 по 2011 рік, а потім був реанімований як NEOWISE та виведений на пенсію у 2024 році. В рамках місії WISE космічний апарат склав карту неба в інфрачервоному діапазоні, знайшовши багато нових далеких об′єктів і космічних явищ. У новому дослідженні дані космічного апарату допомогли дослідникам схарактеризувати пил в оточенні кожної чорної діри. Численні наземні обсерваторії також зробили свій внесок у це відкриття, в тому числі телескопи Обсерваторії ім. В. М. Кека через їхній архів, а також дослідження навколоземних об′єктів ATLAS, Pan-STARRS і Catalina.

"Я вважаю, що ця робота дуже цікава тим, що ми розширюємо межі того, що ми вважаємо найбільш енергійними середовищами Всесвіту", - сказала Анна Пейн, співробітниця Наукового інституту космічних телескопів і співавторка дослідження, яка допомагала шукати хімічні відбитки цих подій за допомогою 2,2-метрового телескопа Гавайського університету.

Результати дослідження доповнюють нещодавні спостереження космічного телескопа NASA імені Джеймса Вебба, які показують, як надмасивні чорні діри живляться та зростають у ранньому Всесвіті. Але оскільки лише 10% ранніх чорних дір активно поглинають газ і пил, екстремальні ядерні транзієнти -- тобто, коли надмасивна чорна діра поглинає масивну зорю -- це інший спосіб знайти чорні діри в ранньому всесвіті.

Такі події настільки яскраві, що їх можна побачити навіть у далекому, ранньому Всесвіті. Свіфт показав, що процеси ENT випромінюють більшу частину свого світла в ультрафіолеті. Але в міру розширення Всесвіту це світло розтягується до довших довжин хвиль і зміщується в інфрачервоний діапазон -- саме на виявлення такого світла і був розроблений майбутній космічний телескоп NASA ім. Ненсі Грейс Роман.

Завдяки своїй потужній інфрачервоній чутливості та широкому полю зору "Роман" зможе виявити ці рідкісні вибухи понад 12 мільярдів років тому, коли Всесвіт був лише десятою частиною свого нинішнього віку. Запланований до запуску на 2027 рік, а можливо, вже восени 2026 року, "Роман" може виявити набагато більше цих драматичних подій і запропонувати новий спосіб дослідити, як зорі, галактики й чорні діри формувалися та еволюціонували в часі.

"Ми можемо взяти ці три об′єкти за основу, щоб знати, що шукати в майбутньому", - сказала Пейн.

• Чорні діри