Ученые исследуют, как сверхмассивная черная дыра поглощает гигантскую звезду

Международная группа астрономов обнаружила космический эквивалент гейзеров – далекую галактику, которая извергается примерно каждые 114 дней. Используя данные с объектов, включая обсерваторию Нила Герелса Свифта НАСА и транзитный спутник исследования экзопланет (TESS) , ученые изучили 20 повторных вспышек события под названием ASASSN-14ko. Эти различные телескопы и инструменты чувствительны к разным длинам волн света. Используя их совместно, ученые получили более подробные снимки вспышек.

«Это наиболее предсказуемые и часто повторяющиеся многоволновые вспышки из ядра галактики, которые мы видели, и они дают нам уникальную возможность подробно изучить гейзероподобные галактики, – заявила Анна Пэйн, аспирант НАСА в Гавайском университете. – Мы думаем, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики создает всплески, поскольку она частично поглощает вращающуюся гигантскую звезду».

Астрономы классифицируют галактики с необычно яркими и переменными центрами как активные галактики. Эти объекты могут производить гораздо больше энергии, чем совокупный вклад всех их звезд, включая более высокие, чем ожидалось, уровни видимого, ультрафиолетового и рентгеновского света. Астрофизики считают, что дополнительное излучение исходит от центральной сверхмассивной черной дыры галактики, где крутящийся диск из газа и пыли накапливается и нагревается из-за сил гравитации и трения. Черная дыра медленно поглощает материал, что создает случайные колебания в излучаемом диском свете.

Но астрономы заинтересованы в обнаружении активных галактик со вспышками, которые происходят через регулярные промежутки времени, что может помочь им идентифицировать и изучать новые явления и события.

«ASASSN-14ko в настоящее время является нашим лучшим примером периодической изменчивости в активной галактике, несмотря на десятилетия других утверждений, потому что время ее вспышек очень согласовано за шесть лет данных, проанализированных Анной и ее командой, – сказал Джереми Шнитман, астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, изучающий черные дыры, но не принимавший участия в исследовании. – Этот результат представляет собой настоящий образец многоволновой наблюдательной астрономии».

ASASSN-14ko был впервые обнаружен 14 ноября 2014 года системой All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) , глобальной сетью из 20 роботизированных телескопов со штаб-квартирой в Университете штата Огайо (OSU) в Колумбусе. Это произошло в ESO 253-3 , активной галактике на расстоянии более 570 миллионов световых лет в южном созвездии Пиктор. В то время астрономы думали, что вспышка, скорее всего, была сверхновой – одноразовым событием, которое разрушает звезду.

Галактика с ярким центром

Шесть лет спустя Пэйн изучала данные ASAS-SN об известных активных галактиках в рамках своей дипломной работы. Глядя на кривую блеска ESO 253-3 или график ее яркости во времени, она сразу заметила серию равномерно расположенных вспышек – всего 17 вспышек, разделенных примерно 114 днями. Каждая вспышка достигает максимальной яркости примерно за пять дней, а затем постепенно гаснет.

Пэйн и ее коллеги предсказали, что галактика снова вспыхнет 17 мая 2020 года, поэтому они координировали совместные наблюдения с наземными и космическими объектами, в том числе многоволновые измерения с помощью Swift. ASASSN-14ko взорвался точно по графику. С тех пор команда предсказала и наблюдала последующие вспышки 7 сентября и 20 декабря.

Исследователи также использовали данные TESS для детального изучения предыдущей вспышки. TESS наблюдает за полосами неба, называемыми секторами, примерно в течение месяца. В течение первых двух лет миссии камеры собирали полносекторное изображение каждые 30 минут. Эти снимки позволили команде создать точную временную шкалу вспышки, которая началась 7 ноября 2018 года, с подробным отслеживанием ее появления, подъема до максимальной яркости и спада.

«TESS предоставил очень полную картину этой конкретной вспышки, но из-за того, как миссия отображает небо, она не может наблюдать их все, – сказал соавтор Патрик Валлели, член команды ASAS-SN и Национального научного фонда. аспирант-научный сотрудник ОГУ. – ASAS-SN собирает меньше деталей по отдельным вспышкам, но обеспечивает более длительную базовую линию, что в данном случае имело решающее значение. Эти два обзора дополняют друг друга».

Использование измерений от ASAS-SN, TESS, Свифта и других обсерваторий, в том числе NuStar и s XMM-Newton, Пэйн и ее команда придумали три возможных объяснений повторяющихся вспышек.

Один из сценариев предполагал взаимодействие между дисками двух сверхмассивных черных дыр, вращающихся по орбите в центре галактики. Недавние измерения, также находящиеся в стадии научного обзора , показывают, что в галактике действительно есть два таких объекта, но они не вращаются достаточно близко, чтобы учесть частоту вспышек.

Второй сценарий, рассмотренный командой, заключался в прохождении звезды по наклонной орбите через диск черной дыры. В этом случае ученые ожидают увидеть вспышки асимметричной формы, вызванные тем, что звезда дважды нарушает диск по обе стороны от черной дыры. Но все вспышки этой галактики имеют одинаковую форму.

Третий сценарий, который, по мнению группы, наиболее вероятен, – это случай частичного срыва приливов и отливов.

Событие приливного срыва происходит, когда незадачливая звезда подходит слишком близко к черной дыре. Гравитационные силы создают сильные приливы, которые разбивают звезду на поток газа. Задняя часть потока покидает систему, в то время как ведущая часть возвращается вокруг черной дыры. Астрономы видят яркие вспышки этих событий, когда выделяющийся газ ударяет по аккреционному диску черной дыры.

В этом случае астрономы предполагают, что одна из сверхмассивных черных дыр галактики, масса которой примерно в 78 миллионов раз превышает массу Солнца, частично разрушает вращающуюся гигантскую звезду. Орбита звезды не круглая, и каждый раз, когда она проходит ближе всего к черной дыре, она выпирает наружу, теряя массу, но не распадаясь полностью. Каждая встреча удаляет количество газа, примерно в три раза превышающее массу Юпитера.

Астрономы не знают, как долго будут продолжаться вспышки. Звезда не может терять массу постоянно, и хотя ученые могут оценить количество массы, которую она теряет на каждом витке, они не знают, сколько у нее было до того, как начались разрушения.

Пэйн и ее команда планируют продолжить наблюдение за прогнозируемыми вспышками события, включая предстоящие даты в апреле и августе 2021 года. Они также смогут изучить другое измерение от TESS, которое зафиксировало вспышку 20 декабря с обновленной частотой 10-минутных снимков.

«TESS был в первую очередь предназначен для поиска миров за пределами нашей солнечной системы, – отметил Пади Бойд, ученый проекта TESS в Годдарде. – Но миссия также учит нас больше о звездах в нашей собственной галактике, в том числе о том, как они пульсируют и затмевают друг друга. В далеких галактиках мы видели, как звезды заканчивают свою жизнь взрывами сверхновых. TESS даже ранее наблюдал полное нарушение приливов . Мы всегда с нетерпением ждем следующих захватывающих и удивительных открытий, которые сделает миссия».

Читайте обзоры:

-->