Чорні діри, що роздрібнюють зорі, є повсюди у небі

Астрономи повідомляють про відкриття більшої, ніж вже відомо, кількості нових подій припливного руйнування, виявлених за допомогою спостережень у “нетрадиційному” інфрачервоному діапазоні.

Про це розповідають в Массачусетському технологічному інституті (MIT), передають OstanniPodii.com.

Дослідження за участю науковців MIT, Інституту позаземної фізики Макса Планка в Німеччині та інших установ було опубліковано в Astrophysical Journal 29 січня 2024 року.

Події припливного руйнування (TDE) — екстремальні випадки, коли до чорної діри припливною силою затягується близька зоря та розривається на шматки. І коли чорна діра бенкетує, вона випромінює величезний сплеск енергії у всьому електромагнітному спектрі.

Попередні припливні руйнування астрономи знаходили при пошуку характерних сплесків в оптичному та рентгенівському діапазонах. На сьогодні ці пошуки виявили близько десятка подій роздрібнювання зір у близькому Всесвіті. Новознайдені TDE більш ніж подвоюють каталог відомих TDE у Всесвіті.

Дослідники виявили ці раніше "приховані" події, дивлячись у нетрадиційному діапазоні: інфрачервоному.

Окрім оптичних та рентгенівських спалахів, TDE можуть генерувати інфрачервоне випромінювання, особливо у "запилених" галактиках, де центральна чорна діра оповита галактичним сміттям. Пил у таких галактиках зазвичай поглинає та затуляє оптичне й рентгенівське світло, а також будь-які ознаки TDE в цих діапазонах. У процесі цього пил також нагрівається, виробляючи інфрачервоне випромінювання, яке можна виявити. Команда встановила, що інфрачервоне випромінювання таким чином може слугувати ознакою подій припливних руйнувань.

Досліджуючи в інфрачервоному діапазоні було виявлено набагато більше TDE в галактиках, де такі події раніше були приховані. 18 нових подій відбулися в різних типах галактик, розкиданих по всьому небу.

“Більшість цих джерел не видно в оптичних діапазонах”, - каже провідний автор Меган Мастерсон, аспірантка Інституту астрофізики й космічних досліджень ім. Кавлі при MIT. “Якщо ви хочете зрозуміти TDE в цілому й використовувати їх для дослідження демографії надмасивних чорних дір, вам потрібно дивитися в інфрачервоному діапазоні”.

Тепловий сплеск

Команда нещодавно виявила найближчу TDE, шукаючи за допомогою інфрачервоних спостережень. Це перше виявлення підштовхнуло групу до пошуку більшої кількості TDE.

Для свого дослідження вони переглянули архівні спостереження, зроблені NEOWISE — оновленою версією “Ширококутного інфрачервоного оглядового дослідника” НАСА. Цей телескоп був запущений на навколоземну орбіту у 2009 році та після невеликої перерви продовжив сканувати все небо на наявність інфрачервоних "транзієнтів", або короткочасних спалахів.

Команда переглянула архівні спостереження місії, використовуючи алгоритм, що виділяє закономірності в інфрачервоному випромінюванні, які, ймовірно, є ознаками швидкоплинних сплесків інфрачервоного випромінювання. Дослідники зіставили позначені транзієнти з каталогом усіх відомих найближчих галактик в межах 200 мегапарсек, або 600 мільйонів світлових років. Вони виявили, що інфрачервоні транзієнти можна простежити приблизно до 1,000 галактик.

Потім вони збільшили масштаб сигналу інфрачервоного спалаху кожної галактики, щоб визначити, чи походить цей сигнал не від TDE, а від іншого джерела, наприклад, активного галактичного ядра або наднової. Виключивши ці можливості, команда проаналізувала решту сигналів, шукаючи інфрачервону закономірність, притаманну для TDE — а саме, різкий стрибок, за яким слідує поступове падіння, що відображає процес, коли чорна діра, розриваючи зорю, раптово нагріває навколишній пил приблизно до 1000 кельвінів, а потім поступово охолоджується.

Цей аналіз виявив 18 "чистих" сигналів подій припливних руйнувань. Дослідники провели огляд галактик, в яких було виявлено кожну TDE, і побачили, що вони відбуваються в різних системах, включаючи запилені галактики, по всьому небу.

“Якщо ви подивитесь на небо й побачите групу галактик, то TDE будуть репрезентативно зустрічатися в кожній з них”, - каже Мастерсон. “Справа не в тому, що вони трапляються лише в одному типі галактик, як вважали люди, ґрунтуючись лише на оптичних і рентгенівських дослідженнях”.

“Тепер можна зазирнути крізь пил і завершити перепис найближчих TDE”, - каже Едо Бергер, професор астрономії Гарвардського університету, який не брав участі в дослідженні. “Особливо захопливим аспектом цієї роботи є потенціал подальших досліджень з великими інфрачервоними обстеженнями, і я з нетерпінням чекаю на відкриття, які вони принесуть”.

Вирішення проблеми з пилом

Відкриття команди допомагають вирішити деякі важливі питання у вивченні подій припливного руйнування. Наприклад, до цієї роботи астрономи здебільшого спостерігали TDE в одному типі галактик — системах з “після-спалахом зореутворення”, які раніше були фабрикою зореутворення, але згодом заспокоїлися. Цей тип галактик є рідкісним, і астрономи були спантеличені тим, чому TDE з'являються лише в цих рідкісних системах. Так сталося, що ці системи також відносно позбавлені пилу, тому оптичне або рентгенівське випромінювання TDE, природно, легше виявити.

Тепер, дивлячись в інфрачервоному діапазоні, астрономи можуть побачити TDE в набагато більшій кількості галактик. Нові результати команди показують, що чорні діри можуть поглинати зорі в різних галактиках, а не лише в системах з після-спалахом зореутворення.

Отримані результати також вирішують проблему "відсутньої енергії". Фізики теоретично передбачали, що TDE повинні випромінювати більше енергії, ніж спостерігалося насправді. Але команда тепер каже, що пил може пояснити цю розбіжність. Вони виявили, що якщо TDE відбувається в запиленій галактиці, пил може поглинати не тільки оптичне та рентгенівське випромінювання, але й екстремальне ультрафіолетове випромінювання, в кількості, еквівалентній передбачуваній "відсутній енергії".

18 нових виявлень також допомагають астрономам оцінити швидкість, з якою TDE відбуваються в окремій галактиці. Коли вони додали нові TDE до попередніх відкриттів, вони підрахували, що галактика зазнає подій припливного руйнування раз на 50 000 років. Ця частота наближається до теоретичних прогнозів фізиків. За допомогою більшої кількості інфрачервоних спостережень команда сподівається визначити частоту TDE та властивості чорних дір, які їх спричиняють.

“Люди придумували дуже екзотичні рішення цих головоломок, і тепер ми підійшли до того моменту, коли можемо вирішити їх усі”, - каже Кара. “Це дає нам упевненість, що нам не потрібна вся ця екзотична фізика, щоб пояснити те, що ми бачимо. І ми краще розуміємо механіку того, як зоря розривається на частини й поглинається чорною дірою. Ми краще розуміємо ці системи”.

OstanniPodii.com