Дві групи астрономів за допомогою космічного телескопа ESA XMM-Newton спостерігали повторювані спалахи світла від неактивних чорних дір, які знову і знову частково руйнують зірки. Це відкриття є несподіваним, оскільки спалахи чорних дір зазвичай з’являються лише один раз, коли чорна діра поглинає зірку.
Надмасивні чорні діри лежать у центрах більшості галактик. Їхня маса коливається від сотень тисяч до мільярдів мас нашого Сонця. Незважаючи на це, чорні діри невловимі, затримують світло, і їх важко виявити.
Приховану надмасивну чорну діру можна виявити, якщо зірка наблизиться до неї впритул. Зірка розривається на частини сильними припливними силами, утворюючи диск із зіркового сміття, яким харчується чорна діра. Енергійне рентгенівське, ультрафіолетове, оптичне та радіопромені можна виявити під час цього процесу, відомого як подія приливного зриву.
Не знищено повністю
Типові події приливного зриву демонструють яскравий спалах світла, який триває кілька місяців, протягом яких чорна діра поглинає зірку. Однак XMM-Newton спостерігав два нових спалахи з особливою поведінкою. Ці спалахи неодноразово яскраво сяють у рентгенівському та ультрафіолетовому світлі після першого спалаху, що свідчить про те, що зірки не були повністю знищені під час початкової зустрічі з чорними дірами.
Дослідження під керівництвом астрономів Томаса Веверса з Європейської південної обсерваторії та Чжу Лю з Інституту позаземної фізики Макса Планка в Німеччині показують, що частина зірок, можливо, пережила свою першу атаку чорних дір. Дані рентгенівського та УФ-променів свідчать про те, що частини зірок не з’їдені повністю, продовжують свою орбіту та знову стикаються з руйнівною чорною дірою, що призводить до повторних спалахів. Ця активність називається подією часткового приливного зриву.
Астрономи виявили повторювані спалахи від двох окремих галактик, у яких є надмасивні чорні діри. Ці галактики лежать далеко за межами Чумацького Шляху на відстані майже 900 мільйонів світлових років і 1 мільярд світлових років.
Одну з подій повторного освітлення під назвою eRASSt J045650.3−203750 виявив рентгенівський телескоп eROSITA на борту місії Spectrum-Roentgen-Gamma. Спостереження XMM-Newton у 2021 і 2022 роках, проведені групою під керівництвом Чжу, показали, що за початковим спалахом йшли повторні спалахи приблизно кожні 223 дні.
Чжу пояснює: «Результати нашого першого спостереження XMM-Newton були несподіваними. Чорна діра продемонструвала надзвичайно різке затемнення рентгенівського світла порівняно з тим, коли її виявив два тижні тому телескоп eROSITA. Подальші спостереження за допомогою XMM-Newton та інших інструментів підтвердили наші припущення, що ця поведінка була спричинена подією часткового приливного зриву».
Інша подія приливного зриву, яка називається AT2018fyk, була відкрита за допомогою All-Sky Automated Survey for Supernovae. Він яскраво сяяв в ультрафіолетових і рентгенівських променях принаймні 500 днів, після чого раптово потьмянів. У травні 2022 року Томас і його колеги використовували XMM-Newton для вивчення різкого збільшення рентгенівського та УФ-яскравості через 1200 днів після його появи.
Назад до креслярської дошки
«Спочатку ми були абсолютно спантеличені тим, що може означати зміна яскравості. Нам довелося повернутися до креслярської дошки, щоб оцінити всі можливі варіанти, щоб пояснити спостережувану поведінку. Це був дуже хвилюючий момент, коли ми зрозуміли, що модель повторюваного приливного зриву може відтворити спостережувані дані», — додає Томас.
Загалом для моніторингу зміни рентгенівського світла, що надходить від цих джерел, було використано протягом п’яти днів спостережень XMM-Newton. Надзвичайно чутлива європейська камера фотонного зображення на борту XMM-Newton допомогла детально вивчити гарячий матеріал, що оточує чорні діри.
Вільям Алстон, науковий співробітник ESA, пояснює важливість результатів. «Ці нові спостереження неймовірно цікаві для вивчення впливу надмасивних чорних дір. У типових подіях припливу ми не очікуємо, що побачимо другий спалах протягом кількох тисяч років. Оскільки спалахи повторюються так швидко, орбіта зруйнованої зірки, мабуть, була прив’язана до надмасивної чорної діри. Ці нові дослідження показують, що зруйнована зірка витягується на близьку орбіту після того, як її відриває від подвійної зоряної системи центральна надмасивна чорна діра».
Команди, які роблять нове відкриття, поширюються по всьому світу – окрім XMM-Newton та eROSITA, у дослідженнях беруть участь інші місії, зокрема обсерваторія NASA Neil Gehrels Swift, The Australia Telescope Compact Array (ATCA) і корисне навантаження місії Neutron Star Interior Composition Explorer Mission на Міжнародній космічній станції. Співпраця дозволила спостерігати, моделювати та розуміти ці безпрецедентні космічні події з максимальною детальністю.
Результати цих досліджень опубліковані в двох статтях в Astronomy & Astrophysics і The Astrophysical Journal Letters.
