|
Вспышки чёрных дыр становятся всё тусклее
|
|
|
|
В центре большинства галактик находится сверхмассивная чёрная дыра, масса которой в миллионы и миллиарды раз превышает массу нашего Солнца, и обладающая одной из самых сильных гравитаций во Вселенной.
|
|
|
|
Некоторые звёзды, которые приближаются слишком близко к таким чёрным дырам, выживают. Вместо того чтобы быть полностью уничтоженными, они продолжают совершать многократные сближения, каждый раз создавая новую вспышку света.
|
|
|
|
Эти повторяющиеся события частичного приливного разрушения (rpTDE) дают астрономам возможность наблюдать за взаимодействием одной и той же звезды и чёрной дыры снова и снова благодаря широкомасштабным исследованиям во временной области, которые многократно сканируют большие участки неба в поисках объектов, меняющих свою яркость.
|
|
|
|
Но в нескольких случаях исследователи заметили загадочную закономерность: последовательные вспышки становятся всё тусклее. В течение многих лет теоретические модели не могли объяснить, почему это происходит.
|
|
|
|
Теперь группа астрофизиков из Сиракузского университета показала, что ответ может заключаться в ранее упущенном из виду факторе — вращении звезды.
|
|
|
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal, было проведено под руководством аспирантки Ананйи Бандопадхай, работавшей совместно с постдокторантом Бенджамином Амендом и доцентом Эриком Кофлином — все они работают на кафедре физики — а также с коллегами из других учреждений.
|
|
Когда звезды сталкиваются с черными дырами
|
|
|
|
В типичном событии приливного разрушения (TDE) приливная сила черной дыры — разница гравитационного притяжения по отношению к близлежащей звезде — полностью разрывает звезду на части.
|
|
|
|
По мере того, как разрушенные обломки звезды падают к черной дыре или «аккрецируют» на нее, они теряют энергию, которая излучается в виде света в течение нескольких дней или месяцев.
|
|
|
|
Хотя сами черные дыры не излучают свет, TDE обеспечивают кратковременный запас топлива, которое освещает окружающую область, позволяя астрономам изучать эти невидимые объекты косвенно.
|
|
|
|
Если звезда, вращающаяся вокруг чёрной дыры, не приближается к ней достаточно близко, чтобы быть полностью разорванной на части, она, тем не менее, может потерять часть своей массы, что приводит к частичному приливному разрушению (ППР). При повторяющемся частичном ППР оставшееся ядро продолжает вращаться вокруг чёрной дыры, теряя всё больше материала с каждым новым сближением, с интервалом от нескольких месяцев до нескольких лет.
|
|
Загадка постепенно затухания
|
|
|
|
Количество материала, теряемого звездой во время повторных сближений, частично зависит от её внутренней структуры. Бандопадхай сравнивает маломассивную звезду с пушистым безе, которое может становиться всё более уязвимым для приливных сил чёрной дыры.
|
|
|
|
Напротив, звезда большей массы имеет более концентрированную в центре, луковицеобразную структуру и может сбрасывать свои внешние слои, в то время как её плотное ядро остаётся относительно неизменным, теряя со временем всё меньшее количество массы.
|
|
|
|
Эти различия могут помочь объяснить, почему повторяющиеся ППР ведут себя по-разному. Но одна закономерность особенно озадачила исследователей. Из примерно 10 повторяющихся систем, выявленных на сегодняшний день, в четырех наблюдались вспышки, которые постепенно тускнели.
|
|
|
|
Уменьшение потери массы может показаться очевидным объяснением. Но предыдущие гидродинамические модели показали, что, как ни удивительно, даже при уменьшении потери материала с каждым сближением, предсказанные вспышки сохраняли примерно ту же яркость.
|
|
|
|
«Мы были озадачены этим в течение двух лет», — говорит Бандопадхай.
|
|
|
|
Их предыдущая работа выявила еще один эффект приливных сил черной дыры. Помимо отрыва материала от звезды, они создают крутящий момент, который заставляет звезду вращаться быстрее с каждым сближением. В результате, хотя меньше материала возвращается к черной дыре, оно возвращается за более короткий период времени, что помогает поддерживать предсказанную вспышку примерно на том же уровне яркости.
|
|
|
|
Для воспроизведения наблюдаемого астрономами тускнения исследователям понадобился, как выразился Бандопадхай, «новый ингредиент» — звезда, которая уже быстро вращалась до первого сближения с черной дырой.
|
|
|
|
Новое исследование показало, что это начальное вращение препятствует значительному ускорению вращения звезды во время каждого прохождения. Без этого дополнительного ускорения вращения временной масштаб, в течение которого отслоившийся материал возвращается обратно, остается относительно постоянным. Поскольку звезда теряет меньше материала при каждом столкновении, пиковая скорость обратного падения — и прогнозируемая яркость вспышки — в конечном итоге могут снизиться.
|
|
|
|
Но почему звезда уже вращается так быстро?
|
|
|
|
«Кроме того, чрезвычайно сложно «связать» звезду со сверхмассивной черной дырой настолько прочно, чтобы она вращалась вокруг нее за считанные месяцы, и тем не менее, похоже, это происходит в rpTDE», — говорит Кофлин.
|
|
|
|
Так называемый механизм Хиллса может объяснить оба явления. В этом сценарии пара тесно вращающихся звезд проходит рядом со сверхмассивной черной дырой, которая разрывает двойную систему, выбрасывая одну звезду и захватывая другую.
|
|
|
|
В тесной двойной системе звезды могут стать приливно заблокированными, в результате чего каждая из них вращается вокруг своей оси с той же скоростью, с которой пара вращается вокруг друг друга. Чем теснее двойная система, тем короче период обращения и тем быстрее вращается приливно заблокированная звезда. Двойные системы, способные оставить захваченную звезду на короткой орбите, наблюдаемой в rpTDE, должны быть чрезвычайно тесными — также оставляя приливно заблокированную звезду, быстро вращающуюся перед захватом.
|
|
|
|
«Работа Ананйи демонстрирует, что каждая из этих особенностей может быть объяснена одним и тем же лежащим в основе явлением: приливным разрушением двойной системы и захватом одной из звезд», — говорит Кофлин. «С теоретической точки зрения это важный шаг вперед в нашем понимании физики, действующей в этих системах».
|
|
|
|
Расширяя область исследования, Кофлин отмечает, что захват Хиллса, возможно, также привел к появлению некоторых звезд, вращающихся вокруг Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного пути. Таким образом, новые открытия могут помочь объяснить некоторые свойства звезд в том, что он называет «нашим собственным космологическим двором».
|
|
|
|
Источник
|
