|
Скрытые черные дыры, пожирающие звезды
|
|
|
|
Астрономы Массачусетского технологического института, Колумбийского университета и других организаций использовали космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) НАСА, чтобы рассмотреть пыль близлежащих галактик и последствия звездного пиршества черной дыры.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном сегодня в Astrophysical Journal Letters, исследователи сообщают, что впервые JWST наблюдал несколько случаев приливных разрушений — случаев, когда центральная черная дыра галактики притягивает ближайшую звезду и вызывает приливные силы, которые разрывают звезду на части, выделяя огромный выброс энергии в атмосфере. этот процесс.
|
|
|
|
С 1990-х годов ученые наблюдали около 100 случаев приливных разрушений (TDE), в основном в виде рентгеновского или оптического излучения, которое вспыхивает в относительно свободных от пыли галактиках. Но, как недавно сообщили исследователи Массачусетского технологического института, во Вселенной может быть гораздо больше событий, связанных с разрушением звезд, которые "прячутся" в более пыльных, скрытых газом галактиках.
|
|
|
|
В своей предыдущей работе команда обнаружила, что большая часть рентгеновского и оптического излучения, испускаемого TDE, может быть скрыта галактической пылью и, следовательно, оставаться невидимой для традиционных рентгеновских и оптических телескопов. Но та же самая вспышка света может разогреть окружающую пыль и генерировать новый сигнал в виде инфракрасного излучения.
|
|
|
|
|
|
|
Теперь те же исследователи использовали JWST — самый мощный в мире инфракрасный детектор — для изучения сигналов от четырех пыльных галактик, в которых, как они подозревают, произошли приливные нарушения. В пыли JWST обнаружил четкие следы аккреции черной дыры - процесса, при котором материал, такой как звездный мусор, вращается и в конечном итоге падает в черную дыру. Телескоп также обнаружил структуры, которые разительно отличаются от пыли, окружающей активные галактики, где центральная черная дыра постоянно притягивает окружающий материал.
|
|
|
|
В совокупности эти наблюдения подтверждают, что в каждой из четырех галактик действительно произошло приливное разрушение. Более того, исследователи пришли к выводу, что эти четыре события были вызваны не активными черными дырами, а скорее бездействующими, которые практически не проявляли активности, пока мимо них не прошла звезда.
|
|
|
|
Новые результаты подчеркивают потенциал JWST в детальном изучении событий, связанных с разрушением приливов. Они также помогают ученым выявить ключевые различия в окружающей среде вокруг активных и бездействующих черных дыр.
|
|
|
|
"Это первые наблюдения приливных явлений, и они не похожи на то, что мы когда-либо видели раньше", - говорит ведущий автор Меган Мастерсон, аспирант Института астрофизики и космических исследований Массачусетского технологического института имени Кавли. "Мы выяснили, что они действительно создаются за счет аккреции черных дыр, и они не похожи на среду вокруг обычных активных черных дыр. Тот факт, что теперь мы можем изучить, как на самом деле выглядит среда, в которой находятся спящие черные дыры, является захватывающим аспектом".
|
|
|
|
Авторами исследования в Массачусетском технологическом институте являются Кристос Панайоту, Эрин Кара, Анна-Кристина Эйлерс, а также Кишалай Де из Колумбийского университета и сотрудники из множества других учреждений.
|
|
Увидев свет
|
|
|
|
Новое исследование дополняет предыдущую работу команды с использованием другого инфракрасного детектора — широкоугольного инфракрасного обзора околоземных объектов НАСА (NEOWISE). Используя алгоритм, разработанный соавтором Кишалаем Де (Kishalay De) из Колумбийского университета, команда изучила десятилетний объем данных, полученных телескопом, в поисках инфракрасных "переходных процессов" или коротких пиков инфракрасной активности в спокойных галактиках, которые могут быть сигналами о том, что черная дыра ненадолго просыпается и поглощает новую энергию. проходящая звезда. В ходе этого поиска было обнаружено около дюжины сигналов, которые, по мнению группы, были, вероятно, вызваны приливным нарушением.
|
|
|
|
"В ходе этого исследования мы обнаружили 12 источников, которые выглядят точно так же, как TDE", - говорит Мастерсон. "Мы выдвинули множество аргументов о том, что сигналы были очень энергичными, а галактики не выглядели так, как будто они были активны раньше, поэтому сигналы, должно быть, были получены в результате внезапного космического взрыва. Но, за исключением этих маленьких фрагментов, прямых доказательств не было".
|
|
|
|
Обладая гораздо более чувствительными возможностями JWST, исследователи надеялись различить ключевые "спектральные линии", или инфракрасный свет с определенными длинами волн, которые были бы четкими отпечатками условий, связанных с нарушением прилива.
|
|
|
|
"С NEOWISE наши глаза могут видеть только красный или синий свет, в то время как с JWST мы видим всю радугу целиком", - говорит Мастерсон.
|
|
|
|
Отличный сигнал
|
|
|
|
В своей новой работе группа специально искала пик в инфракрасном диапазоне, который мог возникнуть только в результате аккреции черной дыры — процесса, при котором вещество притягивается к черной дыре в циркулирующем газовом диске. Этот диск испускает огромное количество излучения, настолько интенсивного, что оно может выбивать электроны из отдельных атомов. В частности, такие процессы аккреции могут вырвать несколько электронов из атомов неона, и образовавшийся ион может переходить, испуская инфракрасное излучение с очень специфической длиной волны, которую может обнаружить JWST.
|
|
|
|
"Во Вселенной нет ничего другого, что могло бы довести этот газ до таких энергий, кроме аккреции черных дыр", - говорит Мастерсон.
|
|
|
|
Исследователи искали этот явный признак у четырех из 12 кандидатов на TDE, которых они ранее идентифицировали. Эти четыре сигнала включают в себя: ближайшее к настоящему времени обнаруженное событие приливного разрушения, расположенное в галактике на расстоянии около 130 миллионов световых лет от нас; TDE, который также демонстрирует вспышку рентгеновского излучения; сигнал, который, возможно, был вызван газом, циркулирующим с невероятно высокими скоростями вокруг центральной черной дыры; и сигнал, который также включал оптическую вспышку, которую ученые ранее подозревали как вспышку сверхновой или коллапс умирающей звезды, а не как событие, связанное с приливным разрушением.
|
|
|
|
"Эти четыре сигнала были настолько точными, насколько это было возможно", - говорит Мастерсон. "Но данные JWST помогли нам с уверенностью сказать, что это настоящие TDE".
|
|
|
|
Когда команда JWST указала на галактики, из которых исходил каждый из четырех сигналов, в программе, разработанной De, они заметили, что характерные спектральные линии появились во всех четырех источниках. Эти измерения подтвердили, что аккреция черных дыр произошла во всех четырех галактиках.
|
|
|
|
Но оставался открытым вопрос: была ли эта аккреция временной, вызванной приливным разрушением и черной дырой, которая ненадолго пробудилась, чтобы полакомиться проходящей звездой? Или же эта аккреция была более постоянной чертой "активных" черных дыр, которые всегда активны? В последнем случае было бы менее вероятно, что произошло нарушение приливного режима.
|
|
|
|
Чтобы провести различие между этими двумя возможностями, команда использовала данные JWST для обнаружения другой длины волны инфракрасного света, которая указывает на присутствие силикатов или пыли в галактике. Затем они нанесли эту пыль на карту в каждой из четырех галактик и сравнили полученные данные с образцами активных галактик, которые, как известно, содержат плотные пылевые облака в форме пончиков вокруг центральной черной дыры.
|
|
|
|
Мастерсон заметил, что все четыре источника демонстрируют очень разные паттерны по сравнению с типичными активными галактиками, что позволяет предположить, что черная дыра в центре каждой из галактик обычно не активна, а находится в состоянии покоя. Если вокруг такой черной дыры образовался аккреционный диск, исследователи приходят к выводу, что это, должно быть, произошло в результате приливного разрушения.
|
|
|
|
"В совокупности эти наблюдения говорят о том, что единственное, чем могли быть эти вспышки, - это TDE", - говорит Мастерсон.
|
|
|
|
Она и ее коллеги планируют раскрыть еще много ранее скрытых событий, связанных с разрушением приливов, с помощью NEOWISE, JWST и других инфракрасных телескопов. При достаточном количестве обнаружений, они говорят, что TDE могут служить эффективными исследованиями свойств черных дыр. Например, то, насколько сильно разрушена звезда и как быстро ее обломки накапливаются и поглощаются, может выявить фундаментальные свойства черной дыры, такие как ее масса и скорость вращения.
|
|
|
|
"Сам процесс поглощения черной дырой всего звездного материала занимает много времени", - говорит Мастерсон. "Это не мгновенный процесс. И, надеюсь, мы сможем начать исследовать, сколько времени занимает этот процесс и как выглядит окружающая среда. Никто не знает, потому что мы только начали открывать и изучать эти события".
|
|
|
|
Источник
|
