Астрономы обнаружили ближайший пример поглощения звезды черной дырой

  

Событие было замечено в инфракрасном диапазоне - также впервые - что позволяет предположить, что дальнейшие поиски в этом диапазоне могут обнаружить больше подобных всплесков, рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT).

Как известно, в центрах многих галактик находятся сверхмассивные черные дыры. Раз в 10 000 лет или около того центр такой галактики вспыхивает, когда сверхмассивная черная дыра разрывает на части пролетающую мимо звезду. Это "событие приливного разрушения" (TDE) происходит буквально молниеносно, когда центральная черная дыра втягивает звездный материал и при этом выбрасывает огромное количество радиации.

Астрономам известно около 100 TDE в далеких галактиках, судя по вспышкам света, которые поступают в телескопы на Земле и в космосе. Большая часть этого света происходит от рентгеновского и оптического излучения.

Астрономы MIT, настроившись вне традиционных рентгеновского и ультрафиолетового/оптического диапазонов, обнаружили новое событие приливного разрушения, ярко светящееся в инфракрасном диапазоне. Это один из первых случаев, когда ученые непосредственно идентифицировали TDE в инфракрасном диапазоне волн.

Более того, новая вспышка оказалась ближайшим событием приливного разрушения, которое наблюдали до сих пор: вспышка была обнаружена в галактике NGC 7392, которая находится на расстоянии около 137 миллионов световых лет от Земли, что соответствует региону на нашем космическом заднем дворе, находясь на 1/4 расстояния до следующего ближайшего TDE.

Эта новая вспышка, получившая название WTP14adbjsh, не выделялась на фоне стандартных рентгеновских и оптических данных. Ученые подозревают, что эти традиционные исследования пропустили близкий TDE не потому, что он не излучал рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, а потому, что свет был заслонен огромным количеством пыли, которая поглощала излучение и выделяла тепло в виде инфракрасной энергии.

Исследователи определили, что WTP14adbjsh произошла в молодой, звездообразующей галактике, в отличие от большинства TDE, которые были обнаружены в более спокойных галактиках. Ученые ожидали, что в звездообразующих галактиках должны происходить TDE, поскольку звезды, которые они рождают, дают много топлива для центральной черной дыры галактики. Однако до сих пор наблюдения TDE в звездообразующих галактиках были редкими.

Новое исследование предполагает, что обычные рентгеновские и оптические исследования могли пропустить TDE в звездообразующих галактиках, поскольку эти галактики естественным образом производят больше пыли, которая может заслонить свет, исходящий от их ядра. Поиск в инфракрасном диапазоне может обнаружить гораздо больше ранее скрытых TDE в активных звездообразующих галактиках.

"Обнаружение этой недалекой TDE означает, что, статистически, должна существовать большая популяция таких событий, которые традиционные методы не замечают", - говорит Кристос Панагиоту, постдок Института астрофизики и космических исследований имени Кавли при MIT. "Поэтому мы должны попытаться найти их в инфракрасном диапазоне, если хотим получить полную картину о черных дырах и их галактиках-хозяевах".

Статья с подробным описанием открытия команды появилась на днях в Astrophysical Journal Letters. Кроме MIT, соавторами являются исследователи из Калтеха и Национальной лаборатории оптико-инфракрасных астрономических исследований Национального научного фонда США.

Вспышка возможности

Панагиоту не собирался искать события, связанные с приливными разрушениями. Он и его коллеги искали признаки источников общих транзиентов в архивных данных наблюдений, полученных космическим телескопом NEOWISE, который с 2010 года регулярно сканирует все небо в инфракрасном диапазоне длин волн.

Команда обнаружила яркую вспышку, появившуюся в небе в конце 2014 года.

"Сначала мы видели, что там ничего нет", - вспоминает Панагиоту. "Затем внезапно, в конце 2014 года, источник стал ярче и к 2015 году достиг высокой светимости, после чего начал возвращаться к прежнему спокойствию".

Они проследили вспышку до галактики, расположенной в 42 мегапарсеках от Земли. Вопрос заключался в том, что послужило толчком к ее возникновению? Чтобы ответить на этот вопрос, команда рассмотрела яркость и время вспышки, сравнивая фактические наблюдения с моделями различных астрофизических процессов, которые могли бы вызвать подобную вспышку.

"Например, сверхновые — это источники, которые внезапно взрываются и становятся яркими, а затем снова тускнеют, по времени схожие с событиями приливного разрушения", - отмечает Панагиоту. "Но сверхновые не такие яркие и энергичные, как то, что мы наблюдали".

Проработав различные варианты того, чем могла быть вспышка, ученые в конце концов смогли исключить все, кроме одного: Вспышка, вероятнее всего, была TDE, причем ближайшей из наблюдаемых до сих пор.

"Это очень чистая кривая блеска, и она действительно соответствует тому, что мы ожидаем от временной эволюции TDE", - говорит Панагиоту.

Красная или зеленая

После этого исследователи пристальнее взглянули на галактику, в которой возникла TDE. Они собрали данные с нескольких наземных и космических телескопов, которые наблюдали ту часть неба, где расположена галактика, в различных диапазонах длин волн, включая инфракрасный, оптический и рентгеновский. На основе этих накопленных данных команда оценила, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики примерно в 30 миллионов раз массивнее Солнца.

"Это почти в 10 раз больше, чем черная дыра в центре нашей галактики, поэтому она довольно массивная, хотя черные дыры могут достигать 10 миллиардов солнечных масс", - говорит Панагиоту.

Команда также обнаружила, что сама галактика активно производит новые звезды. Звездообразующие галактики — это класс "синих" галактик, в отличие от более спокойных "красных" галактик, которые перестали производить новые звезды. Звездообразующие синие галактики — самый распространенный тип галактик во Вселенной.

"Зеленые" галактики находятся где-то между красными и синими, поскольку время от времени они производят несколько звезд. Зеленые галактики - наименее распространенный тип галактик, но интересно, что большинство TDE, обнаруженных на сегодня, были обнаружены в этих редких галактиках. Ученые пытались объяснить эти обнаружения, поскольку теория предсказывает, что синие звездообразующие галактики должны демонстрировать TDE, поскольку в них больше звезд для разрушения черными дырами.

Но звездообразующие галактики также производят много пыли в результате взаимодействия между звездами вблизи ядра галактики. Эта пыль обнаруживается в инфракрасном диапазоне, но она может затмевать рентгеновское или ультрафиолетовое излучение, которое в противном случае было бы зафиксировано оптическими телескопами. Это может объяснить, почему астрономы не обнаружили TDE в звездообразующих галактиках с помощью обычных оптических методов.

"Тот факт, что оптические и рентгеновские исследования пропустили эту светящуюся TDE на нашем собственном заднем дворе, является очень наглядным и показывает, что эти исследования дают нам лишь частичную перепись всей популяции TDE", - говорит Суви Гезари, младший астроном и глава научного отдела Научного института космического телескопа в Мэриленде, который не участвовал в исследовании.  "Использование инфракрасных исследований для улавливания пылевого эха затуманенных TDE... уже показало нам, что существует популяция TDE в пыльных, звездообразующих галактиках, которую мы упустили".

Стаття українською мовою