Вчені побачили, як чорна діра поїдає зірку

Кілька телескопів NASA нещодавно спостерігали, як масивна чорна діра розриває на частини нещасливу зірку, яка підійшла надто близько. Розташований приблизно в 250 мільйонах світлових років від Землі в центрі іншої галактики, це був п’ятий найближчий приклад чорної діри, що знищує зірку, коли-небудь спостережуваний.

Після того, як зірка була повністю розірвана гравітацією чорної діри, астрономи побачили різке зростання високоенергетичного рентгенівського світла навколо чорної діри. Це означало, що коли зоряний матеріал тягнувся до своєї загибелі, він утворив над чорною дірою надзвичайно гарячу структуру, яка називається короною. Згідно з новим дослідженням, опублікованим в Astrophysical Journal , супутник NASA NuSTAR (Ядерна спектроскопічна телескопічна матриця) є найчутливішим космічним телескопом, здатним спостерігати ці довжини хвилі світла, і близькість події забезпечила безпрецедентний погляд на формування та еволюцію корони .

Робота демонструє, як руйнування зірки чорною дірою – процес, формально відомий як подія припливного зриву – можна використати, щоб краще зрозуміти, що відбувається з матеріалом, захопленим одним із цих гігантів, перш ніж він повністю з’їдеться.

Як ведуть чорні діри

Більшість чорних дір, які вчені можуть вивчати, оточені гарячим газом, який накопичувався протягом багатьох років, іноді тисячоліть, і утворив диски шириною в мільярди миль. У деяких випадках ці диски сяють яскравіше, ніж цілі галактики. Навіть навколо цих яскравих джерел, але особливо навколо набагато менш активних чорних дір, виділяється одна зірка, яку розривають і знищують. І від початку до кінця процес часто займає лише кілька тижнів або місяців.

Спостережуваність і коротка тривалість подій приливних зривів робить їх особливо привабливими для астрономів, які можуть розібрати, як гравітація чорної діри маніпулює матеріалом навколо неї, створюючи неймовірні світлові шоу та нові фізичні особливості.

«Припливні зриви — це свого роду космічна лабораторія, — сказав співавтор дослідження Суві Гезарі, астроном з Наукового інституту космічного телескопа в Балтіморі. – Вони є нашим вікном у живлення в реальному часі масивної чорної діри, що ховається в центрі галактики».

Дивовижний сигнал

У центрі уваги нового дослідження – подія під назвою AT2021ehb, яка сталася в галактиці з чорною дірою в центрі, маса якої приблизно в 10 мільйонів разів перевищує масу нашого Сонця. Під час цього приливного зриву найближча до чорної діри сторона зірки була витягнута сильніше, ніж дальня сторона зірки, розтягнувши все на частини, не залишивши нічого, крім довгої локшини гарячого газу.

Вчені вважають, що під час таких подій потік газу обертається навколо чорної діри, стикаючись із самою собою. Вважається, що це створює ударні хвилі та зовнішні потоки газу, які генерують видиме світло, а також довжини хвиль, невидимі людським оком, такі як ультрафіолетове світло та рентгенівські промені. Потім матеріал починає осідати на диску, який обертається навколо чорної діри, як вода, що кружляє навколо каналізації, тертя генерує низькоенергетичне рентгенівське випромінювання. У випадку AT2021ehb ця серія подій відбулася всього за 100 днів.

Детальні спостереження

Подія була вперше помічена 1 березня 2021 року Цвікі Transient Facility (ZTF), розташованою в обсерваторії Паломар у Південній Каліфорнії. Згодом його досліджували Обсерваторія Свіфта Ніла Герельса NASA та телескоп Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) (який спостерігає рентгенівське випромінювання з більшою довжиною хвилі, ніж Свіфт).

Потім, приблизно через 300 днів після того, як подію було вперше помічено, NuSTAR NASA почав спостерігати за системою. Вчені були здивовані, коли NuSTAR виявив корону – хмару гарячої плазми або атомів газу з відірваними електронами – оскільки корони зазвичай з’являються із струменями газу, які течуть у протилежних напрямках із чорної діри. Однак із приливною подією AT2021ehb не було струменів, що зробило спостереження корони несподіваним. Корони випромінюють рентгенівське випромінювання вищої енергії, ніж будь-яка інша частина чорної діри, але вчені не знають, звідки береться плазма і як саме вона стає такою гарячою.

«Ми ніколи не бачили подій приливного зриву з подібним рентгенівським випромінюванням без присутності струменя, і це справді вражаюче, тому що це означає, що ми потенційно можемо роз’єднати те, що викликає джети, а що викликає корони, – сказав Юхан Яо, аспірант університету Каліфорнійський технологічний інститут у Пасадені, штат Каліфорнія, і провідний автор нового дослідження. – Наші спостереження за AT2021ehb узгоджуються з ідеєю, що магнітні поля якось пов’язані з тим, як формується корона, і ми хочемо знати, що спричиняє це магнітне поле, яке стає таким сильним».

Яо також веде пошук нових приливних подій, виявлених ZTF, а потім спостерігає за ними за допомогою таких телескопів, як Swift, NICER і NuSTAR. Кожне нове спостереження дає потенціал для нових ідей або можливостей підтвердити те, що спостерігалося в AT2021ehb та інших подіях приливних зривів.