Поглощение звезды черной дырой

Как два Солнца: на снимки попала самая долгая смерть звезды в чёрной дыре

Случайное открытие

Процесс зафиксировала международная группа учёных, работой которых руководил Дачен Лин из Космического научного центра университета Нью-Гемпшира. Аналогичные события на памяти учёных занимали максимум около года, в то время как процесс, происходящий у чёрной дыры под названием XJ1500+0154, начался ещё в 2005 году. Погибшую под действием приливных сил звезду разорвало на части, и сверхмассивная чёрная дыра продолжает поглощать её остатки.

Рентгеновское излучение, испускаемое разогретыми до миллионов градусов осколками звезды, астрофизики заметили случайно при помощи космического телескопа XMM-Newton. В тот момент они изучали скопление галактик под названием NGC 5813 в созвездии Девы в 105 миллионах световых лет от Земли. Сильное излучение привлекло внимание учёных на этапе анализа снимков NGC 5813. В 2008 году телескоп «Чандра» зафиксировал, что интенсивность излучения объекта, случайно попавшего на снимок и находившегося гораздо дальше изучаемого скопления галактик, превысила первые зафиксированные значения в 100 раз. В последующие годы, включая 2014-й и 2016-й, дополнительные данные получил телескоп Swift.

Главное — правильно питаться

«Большую часть времени наблюдения объект быстро растёт, — отметил Джеймс Гиллочон из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Это говорит кое о чём необычном: чёрная дыра поглощает звезду вдвое больше Солнца по массе».

По словам учёных, за время активного наблюдения за Вселенной гибель такой крупной звезды в чёрной дыре наблюдается впервые.

Кроме того, исследователи отметили, что регистрируемое рентгеновское излучение регулярно выходит за допустимые рамки так называемого предела Эддингтона. Этот параметр указывает на соотношение испускаемого нагретого вещества и силы тяготения, которая притягивает вещество к центру объекта. Исходя из того, как нарушается это соотношение около наблюдаемой чёрной дыры, астрофизики пришли к выводу, что она растёт быстрее считавшегося нормальным темпа. По их словам, подобным образом могли появляться сверхмассивные чёрные дыры спустя всего миллиард лет после образования Вселенной. Это важный вывод, поскольку древние объекты такой огромной массы — в миллиарды раз больше Солнца — уже фиксировались, но их возникновение до конца не ясно.

С 1990 годов астрономы не раз наблюдали распад звезды и поглощение её чёрной дырой. При этом процессе, попав под действие силы притяжения массивного объекта, звезда распадается на фрагменты. Вещество, из которого она состояла, распределяется в виде плоского диска. Большую его часть и поглощает чёрная дыра, а остальное рассеивается в пространстве.

В зафиксированном случае помимо гибели массивной звезды есть и другой вариант, не менее интригующий. Если бы к чёрной дыре приблизилась звезда более скромных размеров и распалась бы полностью, наблюдаемый эффект был бы тот же. Обычно полного поглощения не происходит, так что это событие увидели бы впервые за время исследования космоса.

Последние рентгеновские лучи

Место, где расположена чёрная дыра, которую в шутку уже называют самой прожорливой из когда-либо наблюдавшихся, совпадает с предположительным расположением космического объекта огромной массы в центре небольшой галактики, где активно идёт образование звёзд. О детальных снимках происходящего на таком расстоянии от Земли — 1,8 млрд световых лет — очевидно, говорить не приходится. Однако своё видение гибели огромной звезды из-за чёрной дыры представили художники.

В следующие несколько лет специалисты ожидают падения интенсивности излучения: осколки огромной звезды, которыми питается чёрная дыра, будут заканчиваться. Часть из них рассеется в космосе. Астрофизики отмечают, что излучение уже пошло на спад, однако объект всё еще сохраняет невероятную яркость.

Как заявили исследователи, зная о возможности процессов со свойствами, которые удалось установить, они приступят к поиску аналогичных случаев. Однако они отмечают, что продолжат следить и за XJ1500+0154. Во-первых, они смогут отследить изменения излучения, которое, по их прогнозам, будет продолжаться ещё около 10 лет. Во-вторых, их собственные выводы пока ещё нуждаются в дополнительной проверке.

«Сверхмассивная дыра»

Черная дыра — это область пространства-времени, где гравитация столь велика, что ее не могут покинуть даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и сам свет.

Самые крупные черные дыры называются сверхмассивными. По словам белфастских астрономов, масса обнаруженной ими дыры превышает массу нашего Солнца по меньшей мере в 100 миллионов раз.

Команда ученых из Исследовательского центра астрофизики изучила данные, полученные за несколько месяцев от целого ряда телескопов — как на Земле, так и в космосе.

Изначально источник чрезвычайного яркого света, названный ASASSN-15lh, был классифицирован американскими учеными как самая яркая из когда-либо обнаруженных сверхновых.

Однако белфастский профессор Стивен Смартт говорит, что, изучив этот источник света, он и его коллеги решили, что он не похож на сверхновую звезду.

«У нас в университете Квинс большая команда. Мы специализируемся на движущихся объектах — например, астроидах, которые могут угрожать Земле, или объектах, излучающих переменный свет, которые могут быть сверхновыми звездами или вот такой черной дырой», — говорит он.

По его словам, чрезвычайно яркий свет ASASSN-15lh в течение месяцев вызывал у него и его коллег множество вопросов, но, изучив данные телескопов, они наконец нашли объяснение происходящему в далекой-далекой галактике. Ученые полагают, что похожая на Солнце звезда слишком близко приблизилась к черной дыре и в результате была разрушена под действием приливных сил.

Звезда была «разорвана на лапшеобразные куски, а часть ее массы преобразовалась в излученный свет», говорится в заявлении астрономов.

«В результате это явление выглядело как взрыв чрезвычайно яркой сверхновой звезды, хотя сама по себе эта звезда не могла стать сверхновой из-за недостатка массы».

Правообладатель иллюстрации ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser Image caption Поглощение звезды глазами художника

Профессор Смартт напоминает, что плотность черной дыры больше, чем у любой другой известной людям материи.

«Если вы возьмете всех живущих на Земле людей и сдавите их вместе настолько, что они все поместятся на одну чайную ложку, то плотность этой массы будет примерно соответствовать плотности нейтронной звезды, а плотность черной дыры будет, пожалуй, еще в 10 раз больше», — объясняет он.

Наука пока не знает, как и почему формируются черные дыры. Скорее всего, они образовались в самом начале развития Вселенной, когда только начинали формироваться галактики.

Результаты международного исследования ASASSN-15lh были опубликованы в журнале Nature Astronomy лидером группы ученых, доктором Гиоргосом Лелудасом из института Вейцмана в Израиле.

Однако он добавляет, что, «даже изучив все имеющиеся данные, мы не можем быть на 100% уверены, что произошедшее с ASASSN-15lh было именно разрушением небесного тела под действием приливообразующих сил, хотя это остается наиболее вероятным объяснением».