Обнаружена струя черной дыры, направленная на Землю
Ранее в этом году астрономы следили за данными Zwicky Transient Facility, обзора всего неба, базирующегося в Паломарской обсерватории в Калифорнии, когда они обнаружили необыкновенную вспышку в той части неба, где такой свет не наблюдался ночью. По грубым подсчетам, вспышка излучала больше света, чем 1000 триллионов солнц. Команда, возглавляемая исследователями из НАСА, Калифорнийского технологического института и других стран, опубликовала свое открытие в информационном бюллетене по астрономии, где сигнал привлек внимание астрономов всего мира, в том числе ученых из Массачусетского технологического института. В течение следующих нескольких дней несколько телескопов сосредоточились на сигнале, чтобы собрать больше данных на нескольких длинах волн в рентгеновском, ультрафиолетовом, оптическом и радиодиапазонах, чтобы увидеть, что может производить такое огромное количество света.
Теперь астрономы Массачусетского технологического института вместе со своими сотрудниками определили вероятный источник сигнала. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, ученые сообщают, что сигнал, названный AT 2022cmc, вероятно, исходит от релятивистской струи вещества, вылетающей из сверхмассивной черной дыры со скоростью, близкой к скорости света. Они считают, что струя является продуктом черной дыры, которая внезапно начала поглощать ближайшую звезду, высвобождая при этом огромное количество энергии. Астрономы наблюдали и другие подобные «события приливного разрушения», или TDE, когда проходящая звезда разрывается на части приливными силами черной дыры. AT 2022cmc ярче любого TDE, обнаруженного на сегодняшний день. Источник также является самым дальним TDE из когда-либо обнаруженных, на расстоянии около 8,5 миллиардов световых лет — более чем на полпути во Вселенной.
Как такое далекое событие могло так ярко отразиться на нашем небе? Команда говорит, что струя черной дыры может указывать прямо на Землю, из-за чего сигнал выглядит ярче, чем если бы струя указывала в любом другом направлении. Эффект «усиление Доплера» похож на усиленный звук проходящей сирены. AT 2022cmc является четвертым из когда-либо обнаруженных TDE с доплеровским усилением и первым подобным событием, наблюдаемым с 2011 года. Это также первое TDE, обнаруженное с помощью оптического обзора неба. По мере того, как в ближайшие годы будут запущены более мощные телескопы, они обнаружат больше TDE, которые могут пролить свет на то, как сверхмассивные черные дыры растут и формируют галактики вокруг них.
«Мы знаем, что на каждую галактику приходится одна сверхмассивная черная дыра, и они образовались очень быстро в течение первого миллиона лет существования Вселенной», — говорит соавтор Маттео Луккини, постдоктор Института астрофизики и космических исследований Кавли при Массачусетском технологическом институте. «Это говорит нам о том, что они питаются очень быстро, хотя мы не знаем, как работает этот процесс питания. Таким образом, такие источники, как TDE, на самом деле могут быть действительно хорошим исследованием того, как происходит этот процесс». В число соавторов Луккини из Массачусетского технологического института входят первый автор Дирадж «Диджей» Пашам, Питер Косек, Эрин Кара и Рональд Ремиллард, а также сотрудники университетов и учреждений по всему миру.
После первоначального открытия AT 2022cmc Пашам и Луккини сосредоточились на сигнале, используя Исследователь внутреннего состава нейтронной звезды (NICER), рентгеновский телескоп, который работает на борту Международной космической станции. «Первые три дня все выглядело вполне нормально, — вспоминает Пашам. «Затем мы посмотрели на него с помощью рентгеновского телескопа и обнаружили, что источник был слишком ярким». Как правило, такие яркие вспышки в небе представляют собой гамма-всплески — экстремальные струи рентгеновского излучения, которые извергаются при коллапсе массивных звезд. «Это конкретное событие было в 100 раз мощнее, чем послесвечение самого мощного гамма-всплеска», — говорит Пашам. «Это было что-то экстраординарное».
Затем команда собрала наблюдения с других рентгеновских, радио-, оптических и УФ-телескопов и отследила активность сигнала в течение следующих нескольких недель. Самым замечательным свойством, которое они наблюдали, была чрезвычайная яркость сигнала в рентгеновском диапазоне. Они обнаружили, что рентгеновское излучение от AT 2022cmc резко изменилось в 500 раз за несколько недель. Они подозревали, что такая экстремальная рентгеновская активность должна быть вызвана «эпизодом экстремальной аккреции» — событием, которое генерирует огромный вращающийся диск, например, в результате приливного разрушения, когда расколотая звезда создает водоворот обломков, когда падает. в черную дыру.
Действительно, команда обнаружила, что рентгеновская светимость AT 2022cmc сравнима с тремя ранее обнаруженными TDE, хотя и ярче. Эти яркие события породили струи материи, направленные прямо на Землю. Исследователи задались вопросом: если светимость AT 2022cmc является результатом аналогичного джета, нацеленного на Землю, то как быстро должен двигаться джет, чтобы генерировать такой яркий сигнал? Чтобы ответить на этот вопрос, Луккини смоделировал данные сигнала, предполагая, что событие связано со струей, направляющейся прямо к Земле.
«Мы обнаружили, что скорость реактивной струи составляет 99,99% скорости света», — говорит Луккини. Чтобы произвести такую интенсивную струю, черная дыра должна находиться в чрезвычайно активной фазе — то, что Пашам описывает как «безумие гиперпитания». «Вероятно, она поглощает звезду со скоростью, равной половине массы Солнца в год», — оценивает Пашам. «Многие из этих приливных разрушений происходят на ранней стадии, и мы смогли поймать это событие в самом начале, в течение одной недели после того, как черная дыра начала питаться звездой». «Мы ожидаем, что в будущем будет гораздо больше таких TDE», — добавляет Луккини. «Тогда мы могли бы, наконец, сказать, как именно черные дыры запускают эти чрезвычайно мощные струи».
