Приливні удари можуть освітити останки зірки, розірваної чорною дірою

Нове дослідження дає розуміння яскравих спалахів випромінювання, що виникають під час руйнування зірки надмасивною чорною дірою. Спалахи не обов′язково утворюються в безпосередній близькості до чорної діри, вони виникають унаслідок приливних ударів, що відбуваються, коли газ зі зруйнованої зірки вдаряється сам об себе, кружляючи навколо чорної діри.

Про це розповідають в Університеті Турку (Фінляндія), передають OstanniPodii.com.

Всесвіт — жорстоке місце, де навіть життя зірки може обірватися. Це відбувається, коли зірка опиняється в "поганому" районі, зокрема, поблизу надмасивної чорної діри.

Ці чорні діри важать у мільйони й навіть мільярди разів більше за масу нашого Сонця та зазвичай розташовуються в центрах спокійних галактик. У міру наближення зірки до чорної діри вона відчуває дедалі більше зростання гравітаційного тяжіння надмасивної чорної діри, поки воно не стає сильнішим за сили, що утримують зірку як одне ціле. У результаті зірка розривається або руйнується, що називається подією приливного руйнування (TDE).

"Після того, як зірку було розірвано на частини, її газ утворює акреційний диск навколо чорної діри. Яскраві спалахи з диска можна спостерігати практично на всіх довжинах хвиль, особливо за допомогою оптичних телескопів і супутників, що реєструють рентгенівське випромінювання", - каже Янніс Ліодакіс, перший автор нової роботи, опублікованої в журналі Nature.

Донедавна дослідники знали лише про декілька TDE, оскільки експериментів, здатних їх виявити, було не так багато. Однак останніми роками вчені розробили необхідні інструменти для спостереження більшої кількості TDE. Цікаво, але й не надто дивно, що ці спостереження призвели до нових загадок, які дослідники вивчають досі.

"Спостереження, проведені під час великомасштабних експериментів за допомогою оптичних телескопів, показали, що велика кількість TDE не виробляє рентгенівського випромінювання, хоча сплески видимого світла можуть бути чітко виявлені. Це відкриття суперечить нашому основному розумінню еволюції зруйнованої зоряної матерії в TDE", - зазначає Ліодакіс.

Нове дослідження припускає, що допомогти у вирішенні цієї загадки може поляризоване світло, що виходить від TDE.

Замість формування яскравого у рентгенівському діапазоні акреційного диска навколо чорної діри, спостережуваний спалах в оптичному та ультрафіолетовому світлі, виявлений у багатьох TDE, може бути викликаний приливними ударами. Ці удари формуються далеко від чорної діри, коли газ зі зруйнованої зірки вдаряється об сам себе на зворотному шляху після обертання навколо чорної діри. А яскравий в рентгенівському діапазоні акреційний диск у таких випадках формується набагато пізніше.

"Поляризація світла може дати унікальну інформацію про глибинні процеси в астрофізичних системах. Поляризоване світло, яке ми виміряли від TDE, може бути пояснене тільки цими приливними ударами", - каже Ліодакіс.

Під час приливного руйнування зоря рухається досить близько до надмасивної чорної діри, так що гравітаційне тяжіння чорної діри згинає зірку до її руйнування (зображення 1). Зоряна речовина зруйнованої зірки утворює еліптичний потік навколо чорної діри (зображення 2). Навколо чорної діри утворюються приливні удари, коли газ вдаряється сам об себе на зворотному шляху після обертання навколо чорної діри (зображення 3). Приливні удари створюють яскраві спалахи поляризованого світла, які можна спостерігати в оптичному та ультрафіолетовому діапазонах хвиль. Згодом газ зі зруйнованої зірки утворює акреційний диск навколо чорної діри (зображення 4), звідки він повільно втягується в чорну діру. Масштаб зображень не точний. Image: Jenni Jormanainen

Поляризоване світло допомогло дослідникам зрозуміти процес руйнування зірок

Наприкінці 2020 року команда отримала повідомлення від супутника Gaia про нуклеарну перехідну подію в сусідній галактиці, позначену як AT 2020mot. Потім дослідники спостерігали AT 2020mot у широкому діапазоні довжин хвиль, включно з оптичною поляризацією й спектроскопічними спостереженнями, що проводяться на Північному оптичному телескопі (NOT) Університету Турку.

Дослідники виявили, що оптичне світло, що виходить від AT 2020mot, було сильно поляризоване та змінювалося з часом. Незважаючи на кілька спроб, жоден з радіо- або рентгенівських телескопів не зміг виявити випромінювання цієї події ні до, ні під час, ні навіть через кілька місяців після піку спалаху.

"Коли ми побачили, наскільки поляризованою була AT2020mot, ми одразу ж подумали про джет, що вилітає з чорної діри, як ми часто спостерігаємо навколо надмасивних чорних дір, які поглинають навколишній газ. Однак ніякого джета там не виявилося", - каже Еліна Ліндфорс, співавторка дослідження.

Команда астрономів зрозуміла, що отримані дані найточніше відповідають сценарію, за якого потік зоряного газу зіштовхується сам із собою й утворює ударні хвилі поблизу перицентру й апоцентру своєї орбіти навколо чорної діри. Ударні хвилі підсилюють і впорядковують магнітне поле в зоряному потоці, що, природно, призводить до появи сильно поляризованого світла. Рівень оптичної поляризації виявився занадто високим, щоб його можна було пояснити за допомогою більшості моделей, а той факт, що він змінювався з часом, ще більше ускладнює завдання.

"Усі моделі, які ми розглядали, не могли пояснити спостереження, за винятком моделі приливного удару", - зазначає Каррі Колйонен, співавтор роботи.

Дослідники сподіваються продовжити спостерігати поляризоване світло, що виходить від TDE, і, можливо, незабаром дізнатися більше про те, що відбувається після руйнування зірки.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.