Две группы астрономов с помощью космического телескопа ESA XMM-Newton наблюдали повторяющиеся вспышки света от неактивных черных дыр, которые снова и снова частично разрушают звезды. Это открытие неожиданно, поскольку вспышки черных дыр обычно появляются только один раз, когда черная дыра поглощает звезду.
Сверхмассивные черные дыры лежат в центрах большинства галактик. Их масса колеблется от сотен тысяч до миллиардов масс нашего Солнца. Несмотря на это, черные дыры неосязаемы, задерживают свет, и их трудно обнаружить.
Скрытые сверхмассивные черные дыры можно обнаружить, если звезда приблизится к ней вплотную. Звезда разрывается на части сильными приливными силами, образуя диск из звездного мусора, которым питается черная дыра. Энергичное рентгеновское, ультрафиолетовое, оптическое и радиолучи можно обнаружить во время этого процесса, известного как событие приливного срыва.
Не уничтожено полностью
Типичные события приливного срыва демонстрируют яркую вспышку света, которая длится несколько месяцев, в течение которых черная дыра поглощает звезду. Однако XMM-Newton наблюдал две новые вспышки с особым поведением. Эти вспышки неоднократно сияют в рентгеновском и ультрафиолетовом свете после первой вспышки, что свидетельствует о том, что звезды не были полностью уничтожены во время начальной встречи с черными дырами.
Исследования под руководством астрономов Томаса Веверса из Европейской южной обсерватории и Чжу Лю из Института внеземной физики Макса Планка в Германии показывают, что часть звезд, возможно, пережила свою первую атаку черных дыр. Данные рентгеновского и УФ-лучей свидетельствуют о том, что части звезд не съедены полностью, продолжают свою орбиту и снова сталкиваются с разрушительной черной дырой, что приводит к повторным вспышкам. Эта активность называется событием частичного приливного срыва.
Астрономы обнаружили повторяющиеся вспышки от двух отдельных галактик, в которых есть сверхмассивные черные дыры. Эти галактики лежат далеко за пределами Млечного Пути на расстоянии почти 900 миллионов световых лет и 1 миллиард световых лет.
Одно из событий повторного освещения под названием eRASSt J045650.3−203750 обнаружил рентгеновский телескоп eROSITA на борту миссии Spectrum-Roentgen-Gamma. Наблюдения XMM-Newton в 2021 и 2022 годах, проведенные группой под руководством Чжу, показали, что за первоначальной вспышкой шли повторные вспышки примерно каждые 223 дня.
Чжу объясняет: «Результаты нашего первого наблюдения XMM-Newton были неожиданными. Черная дыра продемонстрировала очень резкое затемнение рентгеновского света по сравнению с тем, когда ее обнаружил две недели назад телескоп eROSITA. Дальнейшие наблюдения с помощью XMM-Newton и других инструментов подтвердили наши предположения, что это поведение было вызвано частично приливным срывом».
Другое событие приливного срыва, которое называется AT2018fyk, было открыто с помощью All-Sky Automated Survey for Supernovae. Он ярко сиял в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах не менее 500 дней, после чего внезапно померк. В мае 2022 года Томас и его коллеги использовали XMM-Newton для изучения резкого увеличения рентгеновского и УФ-яркости через 1200 дней после его появления.
Назад к чертежной доске
«Сначала мы были совершенно озадачены тем, что может означать изменение яркости. Нам пришлось вернуться к чертежной доске, чтобы оценить все возможные варианты, чтобы объяснить наблюдаемое поведение. Это был очень волнующий момент, когда мы поняли, что модель повторяющегося приливного срыва может воспроизвести данные», — добавляет Томас.
В общем, для мониторинга изменения рентгеновского света, поступающего от этих источников, было использовано в течение пяти дней наблюдений XMM-Newton. Чрезвычайно чувствительная европейская камера фотонного изображения на борту XMM-Newton помогла подробно изучить горячий материал, окружающий черные дыры.
Уильям Алстон, научный сотрудник ESA, объясняет важность результатов. «Эти новые наблюдения невероятно интересны для изучения влияния сверхмассивных черных дыр. В типичных событиях прилива мы не ожидаем, что увидим вторую вспышку в течение нескольких тысяч лет. Поскольку вспышки повторяются так быстро, орбита разрушенной звезды, по-видимому, была привязана к сверхмассивной черной дыре. Эти новые исследования показывают, что разрушенная звезда вытягивается на близкую орбиту после того, как ее отрывает от двойной звездной системы центральная сверхмассивная чёрная дыра».
Команды, которые совершают новое открытие, распространяются по всему миру – кроме XMM-Newton и eROSITA, в исследованиях принимают участие другие миссии, в частности обсерватория NASA Neil Gehrels Swift, Australia Telescope Compact Array (ATCA) и полезная нагрузка миссии Neutron Star Interior Composition Explorer Mission на Международной космической станции. Сотрудничество позволило наблюдать, моделировать и понимать эти беспрецедентные космические события с максимальной подробностью.
Результаты этих исследований опубликованы в двух статьях в Astronomy & Astrophysics и The Astrophysical Journal Letters.
