Последнее открытие Хаббла: черная дыра поглощает звезду, образуя «пончик» из газа

Благодаря научным приборам «Хаббла» астрономы реконструировали последние моменты жизни звезды, поглощенной сверхмассивной черной дырой. Пожирая несчастную звезду, черная дыра деформировала ее черты, пока не построила вокруг себя почти идеальный «пончик». Изучение таких событий важно для понимания активности сверхмассивных черных дыр, того, сколько материала они могут проглотить и насколько непредсказуемыми они являются.

Используя «Хаббл», исследователи смогли подробно записать последние мгновения жизни звезды, когда она была поглощена сверхмассивной черной дырой. Несчастная звезда, подошедшая слишком близко к небесному монстру, была притянута его огромной гравитационной силой и жестоко разорвана на части в ходе процесса, известного как приливное разрушение.

В ходе этих событий сверхмассивные черные дыры поглощают газ, вырванный из звезды, и при этом выбрасывают интенсивное излучение. Хотя «Хаббл» не может сфотографировать эти эпизоды вблизи, его научные приборы, регистрирующие ультрафиолетовое излучение, могут точно датировать излучение, выходящее из черной дыры. Это помогает понять, какие газы присутствуют в свете разрушенной звезды, например, водород и углерод, и позволяет астрономам реконструировать бурную трапезу черной дыры. Это своего рода «судебная спектроскопия», которая дает очень полезные подсказки для раскрытия убийства звезды.

Событие, датированное Хабблом, называется AT2022dsb, и его особенность заключается в том, что, поглощая звезду, черная дыра деформировала ее черты, пока не построила вокруг себя почти идеальный «пончик». Ниже представлен видеоролик НАСА, объясняющий суть исследования.

Приливные разрушения, наблюдаемые в ультрафиолете

Недавно НАСА сообщило, что их высокоэнергетические космические обсерватории обнаружили приливные разрушения в центре далеких галактик. Это были наблюдения в рентгеновских лучах от горячей короны материала, которая образовалась вокруг черной дыры после того, как звезда уже была разорвана на части. Для каждой галактики, в центре которой находится сверхмассивная черная дыра, разрушение звезд, по оценкам, происходит всего несколько раз за 100 000 лет.

Однако в ультрафиолетовом свете наблюдается очень мало таких событий. На самом деле, ультрафиолетовое излучение во время трапезы сверхмассивной черной дыры длится такой короткий промежуток времени, что его нелегко зарегистрировать. «Это действительно прискорбно«, — признает Эмили Энгельталер из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики (CfA) в Кембридже, штат Массачусетс. «Есть много информации, которую можно получить из ультрафиолетовых спектров«.

Поэтому исследователи с большим энтузиазмом восприняли последние результаты Хаббла. Так, из данных космического телескопа в ультрафиолете можно получить точные сведения о поведении звездного мусора вокруг черной дыры, изменениях в состоянии звезды и временном масштабе, в котором они происходят (дни, недели или месяцы).

Ниже приведена инфографика, в которой последовательность художественных изображений показывает, как черная дыра может поглотить звезду. Панель 1: Звезда приближается к сверхмассивной черной дыре в центре галактики. Панель 2: внешние газы звезды втягиваются в гравитационное поле черной дыры. В результате звезда разрывается на части под действием приливных сил (панель 3). Наконец, звездные остатки стягиваются в пончикообразное кольцо вокруг черной дыры (панель 4) и в конце концов падают в черную дыру, высвобождая огромное количество света и высокоэнергетического излучения.

Мониторинг приливных разрушений

Приливные разрушения трудно наблюдать. Большинство данных можно получить в самом начале эпизода, когда материал вокруг черной дыры еще очень яркий, а излучение очень энергичное.

Событие AT2022dsb было впервые зафиксировано 1 марта 2022 года Автоматизированным обзором сверхновых по всему небу (ASAS-SN или «Assassin») — сетью наземных телескопов, которые наблюдают за внегалактическим небом примерно раз в неделю в поисках переменных и переходных событий. Это энергетическое столкновение произошло достаточно близко к Земле и было достаточно ярким, чтобы астрономы «Хаббла» могли проводить ультрафиолетовую спектроскопию в течение более длительного периода времени, чем обычно.

Идея заключалась в долгосрочном мониторинге. Исследователи решили изучить это событие по крайней мере в течение года, чтобы понять, что произошло. Питер Максим из CfA объяснил: «Мы увидели это достаточно рано, чтобы можно было наблюдать его в этих фазах аккреции черных дыр. Затем мы увидели, что скорость аккреции уменьшилась«. Это позволило им получить ультрафиолетовые данные о звездном мусоре.

Существует предел того, что может проглотить черная дыра

Спектроскопические данные Хаббла получены из очень яркой, горячей, пончикообразной области газа, которая когда-то была звездой. Эта область, известная как тороид, размером с Солнечную систему, очень быстро вращается вокруг сверхмассивной черной дыры.

То, на что мы смотрим с помощью данных Хаббла, — это край этого пончика. Мы видим, как черная дыра искажает звезду и проецирует на нас излучение со скоростью около 3% от скорости света. Мы знаем, что существует предел того, что может проглотить черная дыра, определяемый ее массой: сила гравитации должна быть в состоянии противостоять внешнему давлению, создаваемому светом, испускаемым в результате звездной «трапезы».

Изучение подобных событий по мере их возникновения, как в случае с AT2022dsb, позволяет проверить теоретические модели астрофизиков на реальных наблюдениях и глубже понять непредсказуемое поведение этих небесных монстров.