Стало известно, как черные дыры «пожирают» звезды

Астрофизики выяснили, что именно происходит, когда звезда подходит слишком близко к черной дыре.

Исследование принято к публикации в The Astrophysical Journal и доступно в arXiv, кратко о нем сообщает ScienceAlert. 

В общих чертах процесс поглощения звезды черной дырой давно известен: интенсивные приливные силы разрывают звезду на части, высвобождая последнюю вспышку света, прежде чем обломки звезды у йдут за горизонт событий. Детали этого процесса были неизвестны. Ученые предполагали, что обломки должны объединяться в диск, но большинство событий приливного разрушения (TDEs), которые удавалось наблюдать, не показывали признаков рентгеновского излучения, которое могло бы подтвердить это.

«В классической теории вспышка TDE питается от аккреционного диска, производящего рентгеновские лучи из внутренней области, где горячий газ спирально входит в черную дыру, - говорит астроном Тиара Хунг из Калифорнийского университета Санта-Крус. — Но для большинства TDEs мы не видим рентгеновских лучей  — они в основном светятся в ультрафиолетовом и оптическом диапазонах длин волн — поэтому было высказано предположение, что вместо диска мы видим выбросы от столкновения потоков звездного мусора».

Это привело некоторых астрономов к мысли о том, что звездный приливный разрыв слишком короток, чтобы образовался аккреционный диск, но наблюдения показали обратное. Используя оптические и ультрафиолетовые наблюдения приливного разрушения, астрономы обнаружили четкие свидетельства смещения света, свидетельствующие о вращающемся аккреционном диске. «Это первое подтверждение того, что аккреционные диски формируются в этих событиях, даже когда мы не видим рентгеновских лучей», —  отметил астрофизик Энрико Рамирес-Руис из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Событие разрушения, о котором идет речь, произошло в центре галактики под названием 2MASS J10065085+0141342. В конце 2018 года астрономы заметили вспышку, указывающую на то, что сверхмассивная черная дыра разрушает звезду, и исследователи в нескольких длинах волн стали наблюдать, как эволюционирует свет. Они обратили внимание на двойной пик в балмеровском излучении, возникающем, когда электроны в атомах водорода переходят на более низкий энергетический уровень. «У меня отвисла челюсть, и я сразу понял, что это будет интересно, — сказал астрофизик Райан Фоули из Калифорнийского университета. — Что выделялось, так это водородная линия (излучение от водородного газа), которая имела двойной пиковый профиль, который не был похож ни на один другой TDE, который мы видели».

Этот двойной пик широкой эмиссии Бальмера в активном ядре галактики проинтерпретировали как свидетельство существования аккреционного диска. «Наши расчеты показывают, что то, что мы наблюдаем, очень чувствительно к наклонению. Существует предпочтительная ориентация, чтобы увидеть эти особенности двойного пика, и другая ориентация, чтобы увидеть рентгеновские излучения», — отметил Фоули. Астрофизики определили, что данный аккреционный диск составлял около 5 процентов от первоначальной массы звезды, и что он сформировался невероятно быстро — в течение месяца.

К такому же выводу независимо пришла международная группа исследователей во главе с астрономом Филом Шортом из Эдинбургского университета в Шотландии. В предварительном печатном документе, представленном в ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, шорт и его команда отмечают, что «2018hyz является первым TDE, в котором наблюдались четкие, двухконечные эмиссионные линии. Это дает убедительные наблюдательные доказательства того, что аккреционные диски формируются по крайней мере в некоторых TDE и являются значительным источником наблюдаемой светимости».

Некоторые вопросы остались неразрешенными. Например, Шорт и его команда отмечают, что двойные вершины появлялись лишь ненадолго, и они не знают, почему. А Хунг и ее команда обращают внимание на отсутствие двойных пиков в других наблюдениях TDE.

Обе группы предполагают, что в будущем следует уделять более пристальное внимание изучению TDE.

Ранее астрономы впервые увидели, как корона чёрной дыры исчезает, а затем снова появляется.