Новые наблюдения подтверждают теорию о том, как черные дыры разрывают звезды

Когда звезда приближается к черной дыре, мы в общих чертах знаем, что происходит. Сильные приливные силы разрывают звезду на части, что называется приливным разрушением, вызывая последнюю вспышку света до того, как обломки звезды уйдут за горизонт событий.

Точные детали поглощения определить было немного сложнее. Теоретически обломки должны слиться в диск, но вспышки материи при попадании на аккреционный диск (TDE), которые нам удалось наблюдать, не показывают никаких свидетельств рентгеновского излучения.

«Согласно классической теории, вспышка TDE приводится в действие аккреционным диском, излучающим рентгеновские лучи из внутренней области, где горячий газ по спирали попадает в черную дыру», — сказала астроном Тиара Хунг из Калифорнийского университета в Санта-Круз.

«Но для большинства TDE мы не видим рентгеновские лучи — они в основном светят в ультрафиолетовых и оптических длинах волн — поэтому было высказано предположение, что вместо диска мы наблюдаем выбросы от столкновения потоков звездного мусора».

Это заставило некоторых астрономов предположить, что приливное разрушение звезды слишком кратковременно для образования аккреционного диска. Но новое исследование показало обратное. Используя оптические и ультрафиолетовые наблюдения за событием приливного разрушения, астрономы обнаружили явное свидетельство смещения света от вращающегося аккреционного диска.

«Это первое твердое подтверждение того, что при поглощении образуются аккреционные диски, даже когда мы не видим рентгеновские лучи», — сказал астрофизик Энрико Рамирес-Руис.

Рассматриваемое событие поглощения звезды черной дырой произошло в центре галактики под названием 2MASS J10065085 + 0141342, в 624 миллионах световых лет от нас.

К концу 2018 года астрономы заметили контрольную вспышку, указывающую на то, что сверхмассивная черная дыра разрушает звезду, и исследователи настроились наблюдать за эволюцией света в нескольких длинах волн. Они назвали событие приливного разрыва AT 2018hyz.

Позже они смогли вычислить, что звезду разрушила сверхмассивная черная дыра, масса которой примерно в несколько миллионов раз превышает массу Солнца. Но в спектроскопических наблюдениях было и кое-что еще — двойной пик в так называемом бальмеровском излучении, возникающем при переходе электронов в атомах водорода на более низкий энергетический уровень.

Двойной пик широкого бальмеровского излучения в активном ядре галактики интерпретируется как свидетельство аккреционного диска. То, где эти линии попадают в спектр, может указывать на движение в их доплеровском сдвиге.

Волны света, исходящие от чего-то движущегося к нам, укорачиваются в сторону синей стороны спектра или смещаются в синюю сторону. Но световые волны от удаляющегося объекта удлиняются или смещаются в красную сторону. Вы можете увидеть их примеры на схеме ниже:

Когда вы смотрите на что-то вроде диска под прямым углом, вы увидите свидетельство обоих сдвигов — синего сдвига со стороны, вращающейся к вам, и красного смещения со стороны, вращающейся от вас. Сдвиг можно использовать не только для определения вращения, но и скорости этого вращения.

Поскольку AT 2018hyz продолжал развиваться в течение нескольких месяцев, команда продолжала проводить многоволновые наблюдения, сравнивая их с другими TDE, а также с симуляциями и моделями.

Они определили, что аккреционный диск состоит примерно из 5 процентов от начальной массы звезды и что он сформировался невероятно быстро, в течение месяца.

В предпечатном документе, представленном в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, Шорт и его команда отмечают, что «AT 2018hyz является первым поглощением звезды, в котором наблюдались четкие линии излучения с двумя пиками, и получены убедительные наблюдательные доказательства того, что аккреционные диски являются значительным источником наблюдаемой светимости».

Исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal и доступно на arXiv.

Источники: Фото: Jamie Law-Smith and Enrico Ramirez-Ruiz