Вот как это выглядит, когда черная дыра перекусывает звездой

Анализируя наблюдения за вспышкой рентгеновского излучения и согласовывая данные с теоретическими моделями, астрономы задокументировали роковую встречу между звездой-неудачницей и черной дырой промежуточной массы.

Об этом рассказывают в Аризонском университете.

Хотя не похоже, чтобы черные дыры и малыши имели много общего, но в одном аспекте они очень похожи: те и другие – грязные едоки, которые создают достаточно доказательств того, что трапеза состоялась.

Но если один может оставить после себя разбросанные макароны или брызги йогурта, другая создает последствия потрясающих масштабов. Когда черная дыра поглощает звезду, она создает то, что астрономы называют "событием приливного разрушения". Измельчение несчастной звезды сопровождается вспышкой излучения, которое может затмить суммарный свет всех звезд в галактике-хозяеве черной дыры на месяцы, даже годы.

В статье, опубликованной в The Astrophysical Journal, группа астрономов во главе с Сисянь Веном, исследователем-постдокторантом со Стюардской обсерватории Аризонского университета, использовала рентгеновские лучи, испускаемые событием приливного разрушения, известного как J2150, для осуществления первых измерений массы черной дыры и ее спина. Эта черная дыра принадлежит к определенному типу – к черным дырам промежуточной массы, которые долгое время избегали наблюдений.

"Тот факт, что нам удалось поймать эту черную дыру, пока она пожирала звезду, дает прекрасную возможность наблюдать то, что иначе оставалось бы невидимым", - сказала Энн Заблудова, профессор астрономии в Аризонском университете и соавтор работы. "Кроме того, анализируя вспышку, мы смогли лучше понять эту неуловимую категорию черных дыр, которые вполне могут составлять большинство черных дыр в центрах галактик".

После повторного анализа рентгеновских данных, которые использовались для наблюдения за вспышкой J2150, и сравнив их со сложными теоретическими моделями, авторы показали, что эта вспышка действительно происходит от столкновения несчастной звезды с черной дырой промежуточной массы. Промежуточная черная дыра, о которой идет речь, имеет особенно малую массу для черной дыры, то есть – весит примерно в 10 000 раз больше массы Солнца.

"Рентгеновское излучение с внутреннего диска, образованного обломками умершей звезды, позволило нам сделать вывод о массе и спине этой черной дыры и классифицировать ее как промежуточную черную дыру", - сказал Вэн.

В центрах крупных галактик, где размещены сверхмассивные черные дыры, были замечены десятки событий приливного разрушения, а также немного в центрах небольших галактик, которые могут содержать промежуточные черные дыры. Однако прошлые данные не были достаточно подробными, чтобы доказать, что отдельная вспышка приливного разрушения была вызвана промежуточной черной дырой.

"Благодаря современным астрономическим наблюдениям мы знаем, что в центрах многих галактик, похожих или больших по размерам нашего Млечного Пути, находятся сверхмассивные черные дыры", - говорит соавтор исследования Николас Стоун, старший преподаватель Еврейского университета в Иерусалиме. "Эти бегемоты имеют размеры от 1 миллиона до 10 миллиардов масс нашего Солнца, и они становятся мощными источниками электромагнитного излучения, когда слишком много межзвездного газа попадает в их окрестности".

Масса этих черных дыр тесно коррелирует с общей массой их галактик-хозяев; самые большие галактики содержат самые сверхмассивные черные дыры.

"Мы все еще очень мало знаем о существовании черных дыр в центрах галактик, меньших чем Млечный Путь", - сказал соавтор Петер Йонкер из Университета Радбуда и Нидерландского института космических исследований SRON, оба в Нидерландах. "Из-за ограничения наблюдений сложно выявить центральные черные дыры, которые значительно меньше 1 млн солнечных масс".

Несмотря на их предполагаемое обилие, происхождение сверхмассивных черных дыр остается неизвестным, и много различных теорий в настоящее время борются за их объяснение, по словам Джонкера. Черные дыры промежуточной массы могут быть семенами, из которого вырастают сверхмассивные черные дыры.

"Поэтому, если мы лучше поймем, сколько существует настоящих промежуточных черных дыр, это может помочь определить, какие теории образования сверхмассивных черных дыр являются правильными", - сказал он.

Еще более захватывающим, по мнению Энн Заблудовой, является измерение спина J2150, которое группа смогла получить. Измерения спина дает ключ к разгадке того, как растут черные дыры, и, возможно, к физике частиц.

Когда звезда подходит слишком близко к черной дыре, гравитационные силы создают интенсивные приливы, разрывающие звезду на поток газа, что приводит к катаклизму, известного как событие приливного разрушения. Высвобождается огромное количество энергии, в результате чего приливное разрушение в некоторых случаях светит ярче всй галактику. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA/GESTAR)

Эта черная дыра имеет быстрый спин, но не самый быстрый из возможных спинов, объяснила Заблудова, из чего возникает вопрос о том, как черная дыра оказалась со спином в этом диапазоне.

"Вполне возможно, что черная дыра образовалась таким образом и с тех пор не сильно изменилась, либо две черные дыры промежуточной массы недавно объединились, чтобы создать эту", - сказала она. "Мы знаем, что измеренный спин исключает сценарии, по которым черная дыра в течение длительного времени возрастает от постоянного потребления газа или от многих быстрых перекусов газом, поступающим из случайных направлений".

Кроме того, измерение спина позволяет астрофизикам проверить гипотезы о природе темной материи, которая, как считается, составляет большую часть материи во Вселенной. Темная материя может состоять из неизвестных элементарных частиц, которые еще не были замечены в лабораторных экспериментах. Среди кандидатов есть гипотетические частицы, известные как сверхлегкие бозоны, пояснил Стоун.

"Если эти частицы существуют и имеют массу в определенном диапазоне, они будут предотвращать быстрому вращению черной дыры промежуточной массы", - сказал он. "Однако черная дыра J2150 быстро вращается. Таким образом наше измерение спина исключает широкий класс теорий сверхлегких бозонов, демонстрируя ценность черных дыр как внеземных лабораторий по физике частиц".

В будущем новые наблюдения за вспышками приливных разрушений могут позволить астрономам заполнить пробелы в распределении масс черных дыр, надеются авторы.

"Если окажется, что большинство карликовых галактик содержат черные дыры промежуточной массы, то они будут доминировать в скорости звездного приливного разрушения", - сказал Стоун. "Подстраивая рентгеновское излучение от этих вспышек в теоретических моделях, мы можем провести перепись популяции черных дыр промежуточной массы во Вселенной", - добавил Вен.

Однако для этого необходимо наблюдать больше приливных разрушений. Вот почему астрономы возлагают большие надежды на новые телескопы, которые вскоре появятся онлайн, как на Земле, так и в космосе, включая обсерваторию Веры К. Рубин, также известную как «Обзор наследия космоса и времени», или LSST, которая, как ожидается, откроет тысячи событий приливного разрушения в год.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.