Астрономи зафіксували спалах у 10 трильйонів сонць від далекої чорної діри

Зафіксований спалах світла від надмасивної чорної діри є найбільшим і найвіддаленішим з коли-небудь спостережуваних.

Про відкриття розповідають в Каліфорнійському технологічному інституті, передають OstanniPodii.com.

Наймасивніші зорі у Всесвіті приречені вибухнути як яскраві наднові, перш ніж колапсувати в чорні діри. Однак одна величезна зоря, як ввижається, так і не виконала своє призначення: за іронією долі, вона занадто наблизилася до гігантської чорної діри, яка поглинула її, розірвавши на шматки.

Це найімовірніше пояснення, яке дають автори нового звіту в Nature Astronomy, що описує найпотужніший і найвіддаленіший спалах енергії, коли-небудь зареєстрований від надмасивної чорної діри. Спалах швидко посилився у 40 разів протягом декількох місяців, а на піку був у 30 разів яскравішим за будь-який попередній спалах чорної діри, який спостерігався досі. У найяскравіший момент спалах світився світлом 10 трильйонів сонць.

Надмасивна чорна діра, що стоїть за спалахом, є типом чорної діри, яка називається активним галактичним ядром (AGN). Цей AGN, що має назву J2245+3743, за оцінками, у 500 мільйонів разів масивніший за наше Сонце. Він знаходиться у віддаленому Всесвіті, за 10 мільярдів світлових років від Землі. Оскільки світло має скінченну швидкість і потребує часу, щоб дістатися до нас, астрономи спостерігають віддалені події, такі як ця, у минулому, коли Всесвіт був молодим.

«Енергетика показує, що цей об′єкт знаходиться дуже далеко та є дуже яскравим», — каже головний автор дослідження Метью Грем, професор астрономії в Калтеху. «Це не схоже на жодне з AGN, які ми коли-небудь бачили».

Астрономи продовжують спостерігати за спалахом чорної діри, хоча з часом він слабшає. Насправді, крім того, що ми бачимо об′єкт у минулому, час у віддаленому місці чорної діри тече повільніше, ніж ми його відчуваємо. «Це явище називається космологічним уповільненням часу, яке відбувається через розтягнення простору й часу. Коли світло подорожує через розширюваний простір, щоб дістатися до нас, його довжина хвилі розтягується, як і сам час», — пояснює Грем, зазначаючи, що довготривалі дослідження є важливими для повного спостереження за подіями в минулому, оскільки в цьому випадку «сім років тут — це два роки там. Ми спостерігаємо за подією, яка відтворюється з чвертю швидкості».

Щоб визначити, що могло спричинити такий драматичний спалах світла в космосі, дослідники ретельно вивчили перелік можливих причин і дійшли висновку, що найімовірнішим винуватцем є припливне руйнування (TDE). Це явище відбувається, коли гравітація надмасивної чорної діри розриває зорю, яка занадто наблизилася, повільно поглинаючи її з часом, коли вона спірально рухається до чорної діри. Той факт, що спалах чорної діри J2245+3743 все ще триває, вказує на те, що ми спостерігаємо зорю, яка ще не повністю поглинена, а скоріше «рибу, яка знаходиться лише на півдорозі до горла кита», — каже Грем.

Якщо спалах є наслідком TDE, вчені припускають, що надмасивна чорна діра поглинула зорю, маса якої щонайменше в 30 разів перевищує масу нашого Сонця. Попередній рекордсмен за найбільшим кандидатом на TDE, подія, яку прозвали «Страшною Барбі» після її початкової класифікації як ZTF20abrbeie, була не настільки інтенсивною. Ця TDE, яка, як вважається, також походить від AGN, була в 30 разів слабкішою за J2245+3743, а її приречена зоря, за оцінками, мала масу від трьох до десяти сонячних мас.

Більшість з приблизно 100 TDE, які спостерігалися дотепер, не відбуваються біля AGN — масивних структур, що складаються з надмасивних чорних дір, оточених великими вихровими дисками речовини, які живлять центральну чорну діру. AGN вирують, спалахуючи власною активністю живлення, що може маскувати спалахи TDE і ускладнює їх пошук. З іншого боку, недавній гігантський спалах J2245+3743 був настільки великим, що його було легше побачити.

Однак спочатку J2245+3743 не здавався чимось особливим. У 2018 році, після того як об′єкт був вперше виявлений Установкою транзієнтів Цвікі (ZTF), дослідники використовували 200-дюймовий телескоп Гейла в обсерваторії Паломар Калтеху, щоб отримати спектр світла об′єкта, але він не виявив нічого незвичайного. У 2023 році команда помітила, що спалах згасає повільніше, ніж очікувалося, тому вони отримали інший спектр з обсерваторії В.М.Кека на Гаваях, який вказав на надзвичайну яскравість цього конкретного AGN.

«Спочатку було важливо встановити, що цей екстремальний об′єкт дійсно був таким яскравим», — пояснює співавторка К. Е. Саавік Форд, професорка Градуаційного центру Міського університету Нью-Йорка, Манхеттенського громадського коледжу та Американського музею природознавства. За її словами, було можливо, що об′єкт випромінював світло в наш бік, а не світився в усіх напрямках, але дані колишньої місії NASA "Ширококутний інфрачервоний оглядовий дослідник" (WISE) допомогли виключити цю можливість. Зрештою, після того як були виключені й інші сценарії, дослідники дійшли висновку, що J2245+3743 дійсно є найяскравішим спалахом чорної діри, який коли-небудь фіксували.

«Якщо перетворити все наше Сонце на енергію, використовуючи відому формулу Альберта Ейнштейна E = mc^2, то саме стільки енергії випромінював це спалах з моменту, коли ми почали його спостерігати», — каже Форд.

Після того, як команда встановила безпрецедентну яскравість події, вона почала шукати можливі причини її виникнення. «Наднові не є достатньо яскравими, щоб пояснити це», — каже Форд, маючи на увазі одну з можливих причин. Натомість команда схиляється до пояснення, що це надмасивна чорна діра, яка повільно розриває величезну зорю на шматки.

«Такі масивні зорі є рідкісними, — каже Форд, — але ми вважаємо, що зорі в диску AGN можуть збільшуватися в розмірах. Матерія з диска потрапляє на зорі, змушуючи їх збільшуватися в масі».

Виявлення чорної діри, яка поглинає таку величезну кількість речовини, вказує на те, що подібні події, ймовірно, відбуваються по всьому космосу. Дослідники сподіваються проаналізувати більше даних ZTF, щоб знайти інші подібні об′єкти. Також незвично великі TDE можна буде виявити за допомого недавно зведеної Обсерваторії Вери Рубін.

«Без ZTF ми б ніколи не знайшли це рідкісне явище, — каже Грем. — Ми спостерігаємо за небом за допомогою ZTF вже сім років, тому коли бачимо спалах або зміну, можемо побачити, що відбувалося в минулому та як це буде розвиватися».