|
Черная дыра, блуждающая вдали от центра галактики
|
|
|
|
Астрономы обнаружили звезду, разорванную на части массивной чёрной дырой, которая находится на расстоянии более 1000 парсеков от центра своей родительской галактики. Событие приливного разрушения TDE 2023mfm было впервые обнаружено телескопом ZTF, а затем изучено с помощью целого ряда телескопов, в том числе Keck, Lick, Hubble, Swift, Chandra, XMM-Newton и VLA. Статья об открытии была опубликована на сервере препринтов arXiv 28 сентября.
|
|
|
|
Массивные чёрные дыры обычно находятся в центре массивных галактик. Недавно было обнаружено скопление «блуждающих» чёрных дыр, расположенных вдали от центров галактик. Они могут оказаться в периферийных областях из-за гравитационно-волновой отдачи, гравитационного манёвра, остановки орбитального распада при слиянии галактик, а также из-за долгоживущих двойных и тройных систем с массивными чёрными дырами.
|
|
|
|
Обнаружение массивных чёрных дыр, расположенных вдали от центров галактик, может помочь астрономам понять природу и эволюцию менее изученных чёрных дыр средней массы и массивных чёрных дыр. Но их трудно обнаружить, потому что они не поглощают материю и не излучают постоянный, поддающийся обнаружению сигнал.
|
|
|
|
Но иногда звезды, которые оказываются слишком близко к черным дырам, разрывает на части в результате приливного разрушения (ПР), в результате чего образуется поток обломков. Это приводит к яркой вспышке в различных диапазонах длин волн и позволяет определить местоположение блуждающей черной дыры.
|
|
|
|
|
|
|
В этом исследовании, проведенном под руководством Итая Сфаради из Калифорнийского университета, ученые анализируют одно из таких событий приливного разрушения — TDE 2023mfm — с помощью оптической и ультрафиолетовой фотометрии с помощью телескопа Zwicky Transient Facility (ZTF), космического телескопа «Хаббл» (HST) и ультрафиолетового телескопа Swift UVOT. Кроме того, они использовали оптическую спектроскопию с помощью обсерваторий Кек и Лик, рентгеновские наблюдения с помощью телескопов «Чандра» и XMM-Newton, а также многочастотные радио-наблюдения с помощью радиотелескопа Very Large Array.
|
|
|
|
Оптическая кривая блеска достигла пика через 30 дней, а затем медленно снижалась в течение 100 дней. Ученые проанализировали спектральное распределение энергии (СПЭ), которое показывает, как свет источника распределяется по длинам волн.
|
|
|
|
Используя это распределение в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах, они определили, что температура источника составляет около 20 000 кельвинов и остается такой в течение месяца после достижения пика. Событие произошло на расстоянии 1,08 килопарсека (примерно 3500 световых лет) от центра галактики.
|
|
|
|
Команда не обнаружила рентгеновского излучения от самого события приливного разрушения. Был обнаружен слабый источник рентгеновского излучения, но, скорее всего, он исходил из ядра галактики, а не от события приливного разрушения.
|
|
|
|
Отсутствие рентгеновского излучения в начале события характерно для большинства случаев приливного разрушения, но отсутствие рентгеновского излучения в более поздний период встречается не так часто. Около 40 % событий приливного разрушения, обнаруженных с помощью оптических телескопов, впоследствии становятся яркими в рентгеновском диапазоне. Однако, по словам исследователей, это «не беспрецедентный случай», поскольку некоторые события приливного разрушения, обнаруженные с помощью оптических телескопов, могут оставаться очень тусклыми в течение многих лет после разрушения.
|
|
|
|
По яркости и продолжительности событие схоже с обычными событиями приливного разрушения, а по пиковой яркости, продолжительности и размеру родительской галактики оно очень похоже на другое событие, произошедшее вне центра галактики, — TDE 2024tvd. Исследователи обнаружили четкую широкую линию водорода, что позволяет отнести это событие к категории TDE-H, в спектрах которой присутствуют только линии излучения водорода. В сочетании с синеватым оттенком, стабильно высокой температурой и положением вне центра галактики это подтверждает, что событие действительно является приливным разрушением.
|
|
|
|
«... четкая широкая водородная линия в оптическом спектре, полученном путем вычитания спектра звезды-хозяина, и положение за пределами ядра, наблюдаемое как в сигналах ZTF, так и на многочисленных оптических, ультрафиолетовых и радиоизображениях с высоким разрешением, позволяют нам сделать вывод, что TDE 2023mfm — это внеядерный пример столкновения с черной дырой, сопровождающегося вспышкой», — пишет команда исследователей.
|
|
|
|
Они использовали три метода, чтобы оценить массу черной дыры, которая составляет от 1 до 10 миллионов масс Солнца. «Это сопоставимо с массами многих известных черных дыр, образовавшихся в результате столкновения с темной материей», — пишут они.
|
|
|
|
Исследователи рассмотрели возможные сценарии того, как эта черная дыра могла оказаться в таком месте.
|
|
|
|
Возможно, это остаток небольшой галактики, которая столкнулась с галактикой-хозяином. В галактике нет признаков недавнего крупного слияния, но нельзя исключать возможность небольшого слияния, поясняют исследователи. На месте расположения черной дыры находится небольшое скопление звезд — от 10 до 100 миллионов солнечных масс, — но оно слишком мало для такой массы черной дыры, так что, вероятно, небольшая галактика была сильно обеднена звездами.
|
|
|
|
«Другой возможный вариант происхождения этой системы заключается в том, что смещенная сверхмассивная черная дыра была выброшена из тройной системы сверхмассивных черных дыр под действием гравитационных волн», — объясняют исследователи второй сценарий.
|
|
|
|
Когда три черные дыры взаимодействуют, одна из них выбрасывается из системы под действием гравитационных волн. По оценкам исследователей, на долю таких событий приходится около 1 % всех событий слияния черных дыр, то есть из примерно 250 известных оптических событий слияния черных дыр по статистике можно предположить, что один из них произошел именно так.
|
|
|
|
Другая возможность заключается в том, что две черные дыры слились, и испущенные ими гравитационные волны выбросили объединенную черную дыру из центра галактики, оставив одну черную дыру за пределами ядра.
|
|
|
|
Обе гипотезы отвергаются по одной и той же причине: в центре галактики явно находится собственная черная дыра, о чем свидетельствует слабое излучение активного ядра галактики (АЯГ). Таким образом, в галактике есть две черные дыры, что делает сценарий с неполным слиянием вероятным.
|
|
|
|
«С другой стороны, радиоизлучение говорит о другом», — пишут исследователи. Радиотелескопы ничего не фиксировали от TDE 2023mfm до тех пор, пока примерно через 991 день (примерно 2,7 года) не появился слабый сигнал, который после этого менялся очень медленно.
|
|
|
|
TDE 2023mfm в видимом и ультрафиолетовом диапазонах очень похож на своего «родственника» TDE 2024tvd, но его радиоизлучение сильно отличается: оно слабое, проявляется с задержкой и медленно нарастает. Связано ли это с отсутствием раннего выброса вещества, иной газовой средой вокруг или углом обзора, пока неизвестно. Дальнейшие радиообследования могут помочь прояснить ситуацию.
|
|
|
|
«Если радиоизлучение будет обнаружено и у внеядерного TDE, это может подтвердить существование внеядерной черной дыры и позволит провести точные измерения между двумя черными дырами», — отмечают ученые.
|
|
|
|
Источник
|
