Астрономы обнаружили черную дыру, участвующую в эпической звездной трапезе на расстоянии около 9 миллиардов световых лет от нас.
Сверхмассивная черная дыра, масса которой примерно в 10 миллионов раз превышает массу Солнца, разрушила звезду, примерно в девять раз более массивную, чем наша, и полакомилась ее звездными останками. Это самая крупная звезда из когда-либо наблюдавшихся, разрушенная в ходе одного из таких жутких «событий приливного разрушения», или «TDE».
Для сравнения, звезда в этом TDE (обозначенная как AT2023vto) в пять раз массивнее, чем следующее по величине звездное тело, которое астрономы видели разрушенным черной дырой. В результате AT2023vto является самой большой и яркой TDE, которую когда-либо обнаруживали астрономы.
«То, что действительно отличает TDE AT2023vto от других TDE, — это то, что она невероятно, невероятно яркая«, — рассказала член команды Иветт Цендес из Орегонского университета. «Она находится на расстоянии 9 миллиардов световых лет — и даже больше. Это очень далеко, но она настолько яркая, что ее можно увидеть даже на таком расстоянии. Обычно мы видим TDE гораздо ближе к дому«.
Это не самая далекая TDE, которую когда-либо видели.
Отличительной чертой таких далеких (и, следовательно, более ранних) TDE является то, что они выбрасывают струи вещества со скоростью, близкой к скорости света. Это делает их невероятно яркими, и их легче заметить на больших расстояниях. TDE AT2023vto похожа на остальные 99% тем, что у нее нет этих так называемых релятивистских струй — по крайней мере, пока нет.
«Это самый далекий из нерелятивистских TDE, наблюдавшихся до сих пор. Это совершенно точно«, — добавил Цендес. «Изучение этого явления будет очень важно для понимания того, что происходит, когда на черную дыру выбрасывается большая масса«.
Эпическая трапеза
TDE происходят, когда траектория движения злополучной звезды слишком близко подводит ее к сверхмассивной черной дыре. Огромное гравитационное влияние черной дыры создает внутри звезды мощные приливные силы (отсюда и «событие приливного разрушения»), которые одновременно сминают ее по горизонтали и растягивают по вертикали.
Это вытягивает звезду в длинную нить «плазменной пасты» — кровавый процесс, получивший красочное название «спагеттизация».
«TDE интересны тем, что они, по сути, являются уникальной физической лабораторией, где можно проверить то, что невозможно проверить на Земле«, — объясняет Цендес. «В конце концов, мы не можем просто создать черные дыры на Земле и бросать в них предметы. Изучение различий между TDE всегда будет очень захватывающим и интересным«.
Само событие TDE длится всего несколько часов, и черная дыра поглощает лишь небольшой процент разрушенной звезды.
«Когда происходит TDE, очень небольшая часть массы звезды попадает в саму черную дыру«, — говорит Цендес. «Примерно половина массы просто отправляется по длинной внешней траектории и никогда не возвращается. Около половины остальной массы образует аккреционный диск вокруг черной дыры».
Как следствие, сверхмассивные черные дыры, участвующие в TDE, внезапно превращаются из «перекусывающих» случайными кусочками газа или пыли и, следовательно, очень тихих, в центр очень хаотичной, напряженной и яркой среды, которая позволяет этим космическим титанам быть видимыми с огромных расстояний. Цендес отметил, что, хотя мы не можем быть полностью уверены в рационе сверхмассивной черной дыры в центре AT2023vto, ее пищевые привычки были достаточно скудными, чтобы область вокруг нее не могла быть ранее видна с расстояния 9 миллиардов световых лет.
На иллюстрации показаны последствия того, как черная дыра разрушает и пожирает звезду в результате приливного разрушения.
AT2023vto была впервые замечена 9 сентября Центром переходных явлений Цвикки (ZTF) как внезапный взрыв света. Изначально это переходное явление было ошибочно идентифицировано как сверхновая II типа — космический взрыв, который происходит, когда массивная звезда быстро разрушается под действием собственной гравитации.
Цендес объяснил, что эта ошибка была устранена, когда руководитель группы Харш Кумар, исследователь Центра астрофизики (CfA) Гарварда и Смитсоновского института, изучил данные ZTF. Он смоделировал кривую блеска излучения по мере его эволюции, определив истинную природу AT2023vto, выяснив массы звезды и черной дыры и расстояние до этой TDE.
После этого Цендес и его команда проследили с помощью Очень Большого Телескопа (VLT), и не обнаружили никакого радиоизлучения, связанного с AT2023vto.
«Мы ничего не увидели, и это, возможно, менее интересный результат. Но это помогает исключить, что это не так«, — сказал Цендес. «Например, когда черные дыры запускают релятивистские джеты в некоторых TDE, которые очень, очень светятся, вы, предположительно, также должны были бы увидеть радиоизлучение, основываясь на том, что мы уже видели это раньше, но мы ничего не увидели. Так что это как бы исключает вариант с релятивистской струей«.
Тем не менее, Цендес не исключает возможности того, что эта сверхмассивная черная дыра в какой-то момент может «изрыгнуть» релятивистскую струю. Цендес был частью команды, которая наблюдала, как другая сверхмассивная черная дыра извергала мощные струи через несколько лет после того, как она разнесла звезду. Как эта черная дыра так долго сдерживала космическую отрыжку, остается загадкой и спустя два года.
Поэтому Цендес хочет проверить, способна ли черная дыра, связанная с AT2023vto, на такой отложенный выброс.
«Это все еще продолжающееся событие; свет все еще есть. Мы будем продолжать изучать его и в будущем«, — сказал Цендес. «Я определенно буду следить за тем, нет ли у этой звезды отрыжки черной дыры. Если мы не видим радиоизлучения сейчас, это не значит, что его не будет потом«.
«Я думаю, это очень интересно, потому что похоже, что это распространенное явление, которое я обнаружил, и ни у кого нет объяснения, как оно работает. Это означает, что в физике TDE есть много непонятного для нас«.
Предварительно рецензированная версия исследования команды опубликована на репозитории arXiv.
