Массивная черная дыра разорвала на части одну звезду и теперь использует ее обломки, чтобы раздавить другую звезду или черную дыру поменьше, которая раньше была на виду. Это открытие, сделанное с помощью рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра", космического телескопа "Хаббл", NICER (исследователь внутреннего состава нейтронных звезд), обсерватории Свифта Нила Герелса и других телескопов, помогает астрономам связать две загадки, о связи между которыми ранее имелись лишь намеки. Исследование опубликовано в журнале Nature.
В 2019 году астрономы засвидетельствовали сигнал звезды, которая приблизилась к черной дыре слишком близко и была уничтожена гравитационными силами черной дыры. После разрушения останки звезды образуют диск, который вращается вокруг черной дыры, подобно звездному кладбищу.
Однако за несколько лет этот диск расширился и теперь находится прямо на пути другой звезды или, возможно, черной дыры звездной массы, вращаясь вокруг массивной черной дыры на ранее безопасном расстоянии. Вращаясь по орбите, эта звезда постоянно, примерно раз в 48 часов, врезается в диск обломков. Когда это происходит, столкновение вызывает всплески рентгеновского излучения, которые астрономы зафиксировали с помощью телескопа "Чандра".
"Представьте себе дайвера, который постоянно погружается в бассейн и создает всплеск каждый раз, когда входит в воду", - сказал Мэтт Николл из Королевского университета Белфаста, Великобритания, ведущий автор исследования. "Звезда в этом сравнении похожа на ныряльщика, а диск - на бассейн, и каждый раз, когда звезда ударяется о поверхность, она создает огромный "всплеск" газа и рентгеновских лучей. Вращаясь вокруг черной дыры, звезда повторяет это снова и снова".
Ученые задокументировали множество случаев, когда объект оказывался слишком близко к черной дыре и разрывался на части за одну вспышку света. Астрономы называют это "приливными разрушениями".
В последние годы астрономы также обнаружили новый класс ярких вспышек из центров галактик, которые обнаруживаются только в рентгеновских лучах и повторяются многократно. Эти события также связаны со сверхмассивными черными дырами, но астрономы не смогли объяснить, что вызвало полурегулярные вспышки рентгеновского излучения. Они назвали эти явления "квазипериодическими извержениями".
"Ходили лихорадочные слухи о том, что эти явления связаны, и теперь мы обнаружили доказательство того, что так оно и есть", - сказал соавтор исследования Дхирадж Пашам из Массачусетского технологического института. "Это похоже на то, что мы получаем космическое соотношение "два к одному" в плане решения загадок".
Это приливное явление, известное теперь как AT2019qiz, было впервые обнаружено широкоугольным оптическим телескопом в Паломарской обсерватории, называемым транзиторной установкой Цвикки, в 2019 году. В 2023 году астрономы использовали телескоп "Чандра" и телескоп "Хаббл" для изучения обломков, оставшихся после прекращения приливного воздействия.
Данные "Чандры" были получены в ходе трех различных наблюдений, каждое из которых было разделено примерно на 4-5 часов. Общая экспозиция, составлявшая около 14 часов, показала только слабый сигнал в первом и последнем фрагменте, но очень сильный сигнал в середине наблюдения.
После этого Николл и его коллеги использовали NICER для частого наблюдения за AT2019qiz в поисках повторяющихся рентгеновских вспышек. Данные NICER показали, что AT2019qiz извергается примерно каждые 48 часов. Наблюдения с помощью Swift и индийского телескопа AstroSat подтвердили это открытие.
Ультрафиолетовые данные "Хаббла", полученные одновременно с наблюдениями "Чандры", позволили ученым определить размер диска вокруг сверхмассивной черной дыры. Они обнаружили, что диск стал достаточно большим, и если бы какой-либо объект вращался вокруг черной дыры с периодом обращения около недели или меньше, он столкнулся бы с диском и вызвал извержения.
"Это большой прорыв в нашем понимании происхождения этих регулярных извержений", - сказал Эндрю Маммери из Оксфордского университета. "Теперь мы понимаем, что нам нужно подождать несколько лет, пока извержения "включатся" после того, как звезда была разорвана на части, потому что требуется некоторое время, чтобы диск распространился достаточно далеко и столкнулся с другой звездой".
Этот результат имеет значение для поиска новых квазипериодических извержений, связанных с приливными нарушениями. Обнаружение большего числа таких извержений позволило бы астрономам измерить распространенность и расстояния до объектов, находящихся на близких орбитах вокруг сверхмассивных черных дыр. Некоторые из них могут стать отличными объектами для будущих гравитационно-волновых обсерваторий.
Миссии НАСА являются частью растущей всемирной сети миссий с различными, но дополняющими друг друга возможностями, которые следят за подобными изменениями, чтобы разгадать тайны устройства Вселенной.
