Астрономы зафиксировали вспышку в 10 триллионов солнц от далекой черной дыры

Зафиксированная вспышка света от сверхмассивной черной дыры является самой большой и самой удаленной из когда-либо наблюдаемых.

Об открытии рассказывают в Калифорнийском технологическом институте, передают OstanniPodii.com.

Самые массивные звезды во Вселенной обречены взорваться как яркие сверхновые, прежде чем коллапсировать в черные дыры. Однако одна огромная звезда, как представляется, так и не выполнила свое предназначение: по иронии судьбы, она слишком приблизилась к гигантской черной дыре, которая поглотила ее, разорвав на куски.

Это наиболее вероятное объяснение, которое дают авторы нового отчета в Nature Astronomy, описывающего самую мощную и самую удаленную вспышку энергии, когда-либо зарегистрированную от сверхмассивной черной дыры. Вспышка быстро усилилась в 40 раз в течение нескольких месяцев, а на пике была в 30 раз ярче любой предыдущей вспышки черной дыры, наблюдавшейся до сих пор. В самый яркий момент вспышка светилась светом 10 триллионов солнц.

Сверхмассивная черная дыра, стоящая за вспышкой, является типом черной дыры, которая называется активным галактическим ядром (AGN). Этот AGN, имеющий название J2245+3743, по оценкам, в 500 миллионов раз массивнее нашего Солнца. Он находится в отдаленной Вселенной, в 10 миллиардах световых лет от Земли. Поскольку свет имеет конечную скорость и требует времени, чтобы добраться до нас, астрономы наблюдают отдаленные события, такие как это, в прошлом, когда Вселенная была молодой.

«Энергетика показывает, что этот объект находится очень далеко и является очень ярким», — говорит главный автор исследования Мэтью Грэм, профессор астрономии в Калтехе. «Это не похоже ни на один из AGN, которые мы когда-либо видели».

Астрономы продолжают наблюдать за вспышкой черной дыры, хотя со временем она ослабевает. На самом деле, помимо того, что мы видим объект в прошлом, время в отдаленном месте черной дыры течет медленнее, чем мы его ощущаем. «Это явление называется космологическим замедлением времени, которое происходит из-за растяжения пространства и времени. Когда свет путешествует через расширяющееся пространство, чтобы добраться до нас, его длина волны растягивается, как и само время», — объясняет Грэм, отмечая, что длительные исследования важны для полного наблюдения за событиями в прошлом, поскольку в этом случае «семь лет здесь — это два года там. Мы наблюдаем за событием, которое воспроизводится с четвертью скорости».

Чтобы определить, что могло вызвать такую драматическую вспышку света в космосе, исследователи тщательно изучили перечень возможных причин и пришли к выводу, что наиболее вероятным виновником является приливное разрушение (TDE). Это явление происходит, когда гравитация сверхмассивной черной дыры разрывает звезду, которая слишком приблизилась, медленно поглощая ее по мере того, как она спирально движется к черной дыре. Тот факт, что вспышка черной дыры J2245+3743 все еще продолжается, указывает на то, что мы наблюдаем звезду, которая еще не полностью поглощена, а скорее «рыбу, находящуюся только на полпути к горлу кита», — говорит Грэм.

Если вспышка является следствием TDE, ученые предполагают, что сверхмассивная черная дыра поглотила звезду, масса которой по меньшей мере в 30 раз превышает массу нашего Солнца. Предыдущий рекордсмен по самому большому кандидату на TDE, событие, прозванное «Страшной Барби» после его первоначальной классификации как ZTF20abrbeie, было не столь интенсивным. Этот TDE, который, как считается, также происходит от AGN, был в 30 раз слабее J2245+3743, а его обреченная звезда, по оценкам, имела массу от трех до десяти солнечных масс.

Большинство из примерно 100 TDE, наблюдавшихся до сих пор, не происходят возле AGN — массивных структур, состоящих из сверхмассивных черных дыр, окруженных большими вихревыми дисками вещества, которые питают центральную черную дыру. AGN бушуют, вспыхивая собственной активностью питания, что может маскировать вспышки TDE и затрудняет их поиск. С другой стороны, недавняя гигантская вспышка J2245+3743 была настолько большой, что ее было легче увидеть.

Однако сначала J2245+3743 не казался чем-то особенным. В 2018 году, после того как объект был впервые обнаружен Установкой транзиентов Цвики (ZTF), исследователи использовали 200-дюймовый телескоп Гейла в обсерватории Паломар Калтеха, чтобы получить спектр света объекта, но он не обнаружил ничего необычного. В 2023 году команда заметила, что вспышка затухает медленнее, чем ожидалось, поэтому они получили другой спектр из обсерватории В.М.Кека на Гавайях, который указал на чрезвычайную яркость этого конкретного AGN.

«Сначала было важно установить, что этот экстремальный объект действительно был таким ярким», — объясняет соавтор К. Э. Саавик Форд, профессор Градуационного центра Городского университета Нью-Йорка, Манхэттенского общественного колледжа и Американского музея естествознания. По ее словам, было возможно, что объект излучал свет в нашу сторону, а не светился во всех направлениях, но данные бывшей миссии NASA «Широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь» (WISE) помогли исключить эту возможность. В конце концов, после того как были исключены и другие сценарии, исследователи пришли к выводу, что J2245+3743 действительно является самой яркой вспышкой черной дыры, которую когда-либо фиксировали.

«Если превратить все наше Солнце в энергию, используя известную формулу Альберта Эйнштейна E = mc^2, то именно столько энергии излучала эта вспышка с момента, когда мы начали ее наблюдать», — говорит Форд.

После того, как команда установила беспрецедентную яркость события, она начала искать возможные причины его возникновения. «Сверхновые не являются достаточно яркими, чтобы объяснить это», — говорит Форд, имея в виду одну из возможных причин. Вместо этого команда склоняется к объяснению, что это сверхмассивная черная дыра, которая медленно разрывает огромную звезду на куски.

«Такие массивные звезды являются редкими, — говорит Форд, — но мы считаем, что звезды в диске AGN могут увеличиваться в размерах. Материя из диска попадает на звезды, заставляя их увеличиваться в массе».

Обнаружение черной дыры, поглощающей такое огромное количество вещества, указывает на то, что подобные события, вероятно, происходят по всему космосу. Исследователи надеются проанализировать больше данных ZTF, чтобы найти другие подобные объекты. Также необычно большие TDE можно будет обнаружить с помощью недавно построенной Обсерватории Веры Рубин.

«Без ZTF мы бы никогда не нашли это редкое явление, — говорит Грэм. — Мы наблюдаем за небом с помощью ZTF уже семь лет, поэтому когда видим вспышку или изменение, можем увидеть, что происходило в прошлом и как это будет развиваться».

• Черные дыры