Раздробляющие звезды черные дыры встречаются в небе повсюду

Астрономы сообщают о выявлении большего количества, чем уже известно, новых событий приливного разрушения, обнаруженных с помощью наблюдений в "нетрадиционном" инфракрасном диапазоне.

Об открытии рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT), передают OstanniPodii.com.

Исследование с участием ученых из MIT, Института внеземной физики Макса Планка в Германии и других учреждений опубликовано в Astrophysical Journal 29 января 2024 года.

События приливного разрушения (TDE) — экстремальные случаи, когда к черной дыре приливной силой затягивается заблудшая звезда и разрывается на кусочки. И когда черная дыра пирует, она излучает огромный всплеск энергии во всем электромагнитном спектре.

Астрономы находили предыдущие приливные разрушения при поиске характерных всплесков в оптическом и рентгеновском диапазонах. На сегодняшний день эти поиски выявили около десятка событий раздробления звезд в близкой Вселенной. Новонайденные TDE более чем удваивают каталог известных TDE во Вселенной.

Исследователи обнаружили эти ранее "скрытые" события, глядя в нетрадиционном диапазоне: инфракрасном.

Кроме оптических и рентгеновских вспышек, TDE могут генерировать инфракрасное излучение, особенно в "запыленных" галактиках, где центральная черная дыра окутана галактическим мусором. Пыль в таких галактиках обычно поглощает и заслоняет оптический и рентгеновский свет, а также любые признаки TDE в этих диапазонах. В процессе этого пыль также нагревается, производя инфракрасное излучение, которое можно обнаружить. Команда установила, что инфракрасное излучение таким образом может служить признаком событий приливных разрушений.

Исследуя в инфракрасном диапазоне было обнаружено гораздо больше TDE в галактиках, где такие события ранее были скрыты. 18 новых событий произошли в различных типах галактик, разбросанных по всему небу.

«Большинство этих источников не видно в оптических диапазонах», - говорит ведущий автор Меган Мастерсон, аспирант Института астрофизики и космических исследований им. Кавли при MIT. «Если вы хотите понять TDE в целом и использовать их для исследования демографии сверхмассивных черных дыр, вам нужно смотреть в инфракрасном диапазоне».

Тепловой всплеск

Команда недавно обнаружила ближайшую TDE, ища с помощью инфракрасных наблюдений. Это первое обнаружение подтолкнуло группу к поиску большего количества TDE.

Для своего исследования они просмотрели архивные наблюдения, сделанные NEOWISE — обновленной версией "Широкоугольного инфракрасного обзорного исследователя" НАСА. Этот телескоп был запущен на околоземную орбиту в 2009 году и после небольшого перерыва продолжил сканировать все небо на наличие инфракрасных "транзиентов", или кратковременных вспышек.

Команда просмотрела архивные наблюдения миссии, используя алгоритм, выделяющий закономерности в инфракрасном излучении, которые, вероятно, являются признаками мимолетных всплесков инфракрасного излучения. Исследователи сопоставили помеченные транзиенты с каталогом всех известных ближайших галактик в пределах 200 мегапарсек, или 600 миллионов световых лет. Они обнаружили, что инфракрасные транзиенты можно проследить примерно до 1,000 галактик.

Затем они увеличили масштаб сигнала инфракрасной вспышки каждой галактики, чтобы определить, происходит ли этот сигнал не от TDE, а от другого источника, например, активного галактического ядра или сверхновой. Исключив эти возможности, команда проанализировала оставшиеся сигналы, ища инфракрасную закономерность, присущую для TDE — а именно, резкий скачок, за которым следует постепенное падение, отражающее процесс, когда черная дыра, разрывая звезду, внезапно нагревает окружающую пыль примерно до 1000 кельвинов, а затем постепенно охлаждается.

Этот анализ выявил 18 "чистых" сигналов событий приливных разрушений. Исследователи провели обзор галактик, в которых было обнаружено каждую TDE, и увидели, что они происходят в различных системах, включая запыленные галактики, по всему небу.

«Если вы посмотрите на небо и увидите группу галактик, то TDE будут репрезентативно встречаться в каждой из них», - говорит Мастерсон. «Дело не в том, что они встречаются только в одном типе галактик, как считали люди, основываясь только на оптических и рентгеновских исследованиях».

«Теперь можно заглянуть сквозь пыль и завершить перепись ближайших TDE», - говорит Эдо Бергер, профессор астрономии Гарвардского университета, не участвовавший в исследовании. «Особенно захватывающим аспектом этой работы является потенциал дальнейших исследований с большими инфракрасными обследованиями, и я с нетерпением жду открытий, которые они принесут».

Решение проблемы с пылью

Открытия команды помогают решить некоторые важные вопросы в изучении событий приливного разрушения. Например, до этой работы астрономы в основном наблюдали TDE в одном типе галактик — системах с "после-вспышкой звездообразования", которые ранее были фабрикой звездообразования, но впоследствии успокоились. Этот тип галактик является редким, и астрономы были озадачены тем, почему TDE появляются только в этих редких системах. Так случилось, что эти системы также относительно лишены пыли, поэтому оптическое или рентгеновское излучение TDE, естественно, легче обнаружить.

Теперь, глядя в инфракрасном диапазоне, астрономы могут увидеть TDE в гораздо большем количестве галактик. Новые результаты команды показывают, что черные дыры могут поглощать звезды в различных галактиках, а не только в системах с после-вспышкой звездообразования.

Полученные результаты также решают проблему "недостающей энергии". Физики теоретически предполагали, что TDE должны излучать больше энергии, чем наблюдалось на самом деле. Но команда теперь говорит, что пыль может объяснить это расхождение. Они обнаружили, что если TDE происходит в запыленной галактике, пыль может поглощать не только оптическое и рентгеновское излучение, но и экстремальное ультрафиолетовое излучение, в количестве, эквивалентном предполагаемой "отсутствующей энергии".

18 новых обнаружений также помогают астрономам оценить скорость, с которой TDE происходят в отдельной среднестатистической галактике. Когда они добавили новые TDE к предыдущим открытиям, они подсчитали, что каждая галактика испытывает события приливного разрушения раз в 50 000 лет. Эта частота приближается к теоретическим прогнозам астрофизиков. С помощью большего количества инфракрасных наблюдений команда надеется лучше определить частоту TDE и свойства черных дыр, которые их вызывают.

«Люди придумывали очень экзотические решения этих головоломок, и теперь мы подошли к тому моменту, когда можем решить их все», - говорит Кара. «Это дает нам уверенность, что нам не нужна вся эта экзотическая физика, чтобы объяснить то, что мы видим. И мы лучше понимаем механику того, как звезда разрывается на части и поглощается черной дырой. Мы лучше понимаем эти системы».

OstanniPodii.com