Ученые, возможно, обнаружили «недостающее звено» черной дыры, разрывающей и пожирающей звезду

Когда вы совершаете покупку по ссылкам в наших статьях, компания Future и ее партнеры по синдикации могут получать комиссию.

Астрономы обнаружили, что необычная оптическая вспышка является результатом разрыва звезды и ее поглощения черной дырой. И что действительно отличает это так называемое событие приливного разрушения (TDE) от других, так это тот факт, что соответствующая черная дыра, по-видимому, является примером неуловимой «черной дыры промежуточной массы», класса этого объекта, который бросает вызов астрономам на протяжении десятилетий.

TDE обычно происходит, когда звезды приближаются слишком близко к сверхмассивные черные дыры которые находятся в центре больших галактик, что приводит к огромным гравитация Эти космические титаны одновременно сдавливают звездное тело по горизонтали и растягивают его по вертикали. Эта «спагеттификация» создает звездную лапшу, обертывающую черную дыру. Некоторые из останков попадают в центральную черную дыру, тогда как большая часть выбрасывается прочь на околосветовых скоростях в виде струй высокой энергии. Эти события могут исчезнуть через сотни дней или даже годы.

Эта оптическая вспышка, получившая обозначение AT2022zod, была замечена в октябре 2022 года и длилась чуть больше месяца. Его отследили до галактики SDSS J105602.80+561214.7, расположенной примерно в 1,5 миллиардах световых лет от Земли. Земля. Что было интригующим в этом, так это тот факт, что TDE произошло примерно в 10 000 световых годах от центра этой галактики, где обитает ее сверхмассивная черная дыра. Это был первый намек на то, что это работа не центральной сверхмассивной черной дыры, а нецентральной черной дыры промежуточной массы.

«AT2022zod имеет характеристики TDE, вспышки, которую мы наблюдаем, когда звезда разрывается на части в результате взаимодействия с черной дырой. Эти события, в целом, не являются обычным явлением, но поскольку мы ожидаем наличие сверхмассивной черной дыры в центре почти каждой галактики, ожидается, что TDE будут наблюдаться в центре родительской галактики», — рассказала Space.com руководитель группы Кристен Дэйдж из Университета Кертина, Австралия. «Однако AT2022zod немного неядерный и очень короткий по сравнению с ранее наблюдавшимися TDE, но при этом очень энергичен».

При наблюдении на таких больших расстояниях TDE обычно длится сотни дней, что делает месячную продолжительность AT2022zod с 13 октября по 18 ноября весьма необычной. «Сочетание того, что она находится в эллиптической галактике, которая, как известно, является домом для больших популяций звездных скоплений, в то же время является неядерной и кратковременной, заставило нас заинтриговаться тем, что это может быть одна из неуловимых черных дыр промежуточной массы, которые могут существовать за пределами центра галактики, и, что более важно, открыть новый путь для их поиска и изучения», — продолжил Дэйдж.

Промежуточные черные дыры как космические посредники

Считается, что сверхмассивные черные дыры имеют массу в миллионы или миллиарды раз больше массы солнцев то время как черные дыры звездной массы, которые образуются из умирающих массивных звезд, как полагают, имеют массу от трех до многих сотен раз больше массы Солнца. Это оставляет огромный диапазон масс между этими двумя типами черных дыр, в котором, как полагают, находятся метко названные черные дыры промежуточной массы.

Поскольку считается, что сверхмассивные черные дыры растут посредством цепочек слияний между все более массивными черными дырами, разумно предположить, что черные дыры промежуточной массы играют ключевую роль в этом процессе роста. Это означает, что черные дыры в этом диапазоне масс должны быть повсеместно распространены в космосе, однако астрономам пришлось нелегко их обнаружить.

«Я думаю, что действительно трудно переоценить, насколько плохи мы в поиске черных дыр промежуточной массы. Мы превосходны в поиске сверхмассивных черных дыр, и благодаря детекторам гравитационных волн LIGO-Virgo-Kagra мы становимся лучше в поиске черных дыр звездной массы, но я мог бы по пальцам пересчитать количество кандидатов в черные дыры промежуточной массы, которые достигли определенного консенсуса в астрономическом сообществе», — сказал Дэйдж. «На данный момент известно, что TDE из промежуточных черных дыр существуют, но их очень трудно наблюдать. Большую часть времени они затмеваются другими видами деятельности в центральной области галактики».

Астрономы могут различать TDE, вызванные промежуточными черными дырами, и те, которые возникают, когда сверхмассивные черные дыры разрывают звезды, благодаря месту их возникновения и продолжительности этих событий.

«При нашем нынешнем понимании поведения TDE мы знаем, что продолжительность события зависит от массы черной дыры, поэтому при прочих равных условиях более короткие временные рамки указывают на меньшую массу черных дыр», — сказал Дэйдж. «Что меня убедило в особенности AT2022zod, так это то, что я сравнил его с другими TDE на аналогичных расстояниях или с похожими родительскими галактиками, и он не соответствовал такому же поведению».

Открытие этого смещенного от центра TDE может также рассказать больше об окружающей среде, в которой находится эта черная дыра промежуточной массы. Например, совершенно очевидно, что TDE гораздо чаще происходят в регионах, где звезды плотно упакованы вместе. «Если вы не находитесь в каком-то звездном скоплении, обычно в центральном ядерном звездном скоплении родительской галактики, то у вас просто не будет TDE, потому что вероятность того, что данная звезда вальсирует рядом с черной дырой, слишком мала», — сказал Дэйдж. Эта звездная плотность находится в центре галактик, но есть и нецентральные области галактик, в которых звезды также плотно прижаты друг к другу.

Неудачные сверхмассивные черные дыры?

Команда предполагает, что этот TDE произошел в шаровом скоплении или ультракомпактной карликовой галактике (UCD) внутри самого SDSS J105602.80+561214.7. И шаровые скопления, и UCD представляют собой плотно упакованные скопления древних звезд, достигших конца своей жизни.

«Эти системы, по сути, представляют собой фабрики черных дыр, а их переполненные и динамичные системы предоставляют черным дырам возможность сливаться и расти до промежуточного диапазона масс, особенно за счет неконтролируемых столкновений звезд», — сказал Дэйдж. «Когда вы объединяете это с данными наблюдений за кинематическими исследованиями черных дыр в UCD, это делает их очень привлекательной средой для размещения черных дыр промежуточной массы!»

Происхождение UCD в настоящее время окутано тайной. Эти плотные звездные области могут возникнуть, когда два шаровых скопления сближаются, сталкиваются и сливаются, или UCD могут быть карликовыми. галактики которые были лишены своих внешних звезд, оставив их в виде компактного и плотного галактического ядра.

«Эти два разных сценария образования имеют совершенно разные последствия для эволюции черных дыр. Если они представляют собой лишенные ядра, то это «неудавшиеся» сверхмассивные черные дыры, путь формирования которых аналогичен сверхмассивным черным дырам и большим галактикам», — объяснил Дэйдж. «Если бы это были просто большие шаровые скопления, тогда все могло бы быть совершенно по-другому, и динамика играет жизненно важную роль в формировании и эволюции черных дыр».

Дэйдж сказал, что ученые знают, что эллиптические галактики содержат как звездные системы шаровых скоплений, так и UCD, но в этом случае родительская галактика находится настолько далеко, что команда не может полностью разобраться в природе фактического окружения AT2022zod. «Мы просто знаем, что он находится в каком-то звездном скоплении», — сказал Дэйдж. «Лично мне бы хотелось, чтобы это было шаровое скопление, но, судя по тому, что мы знаем о более близких системах, UCD имеет большой смысл в качестве хоста в соседней Вселенной».

Она добавила, что многие исследования физики UCD показывают, что они содержат черные дыры в диапазоне масс, оцененном для AT2022zod. Сюда входит система в Млечном Пути под названием Омега Центавра, хотя Дэйдж отметил, что до сих пор ведутся споры о том, является ли это плотно упакованное звездное скопление в нашей галактике UCD или шаровым скоплением.

Хотя окружающая среда TDE AT2022zod может оставаться загадкой в обозримом будущем, исследования группы могут предоставить столь необходимую дорожную карту для открытия промежуточных черных дыр, которая станет особенно актуальной, когда Обсерватория Веры К. Рубин начинает проводить десятилетнее исследование наследия пространства и времени (LSST).

«Рубин готов оказать такое огромное влияние — он обеспечит невероятно чувствительный 10-летний оптический охват миллионов звездных скоплений в пределах 330 миллионов световых лет и должен быть чувствителен к популяциям TDE, находящихся в плотной звездной среде», — заключил Дэйдж. «Нам просто нужно убедиться, что мы ищем в правильных местах, можем оперативно принять последующие меры, чтобы лучше понять физику и основную систему, а также иметь возможность интерпретировать то, что мы видим».

Результаты команды доступны на сайте репозитория статей. arXiv.