Исследователи обнаружили черные дыры, которые пожирают одну и ту же звезду по нескольку раз

С помощью космического телескопа XMM-Newton Европейского космического агентства астрономы наблюдали неожиданное явление: периодически повторяющиеся вспышки света от неактивных черных дыр, вызванные частичным разрушением близлежащих звезд. Однако редко какая звезда выживает после встречи с одним из этих космических монстров.

Событие приливного разрушения (TDE) происходит, когда звезда приближается к черной дыре и постепенно втягивается в нее: звезда разрывается на части под действием интенсивных приливных сил и превращается в диск звездных обломков, которыми питается черная дыра. В ходе этого процесса могут быть обнаружены все виды излучения (рентгеновское, ультрафиолетовое, оптическое и радиоизлучение) — и это позволяет обнаружить присутствие невидимой в противном случае черной дыры. Эти вспышки света обычно длятся несколько месяцев — время, необходимое черной дыре, чтобы полностью поглотить звезду, а затем окончательно погаснуть.

Вот почему Томас Веверс из Европейской южной обсерватории и Чжу Лю из Института внеземной физики имени Макса Планка в Германии были удивлены тем, что каждый из них обнаружил TDE, породившую первую вспышку… за которой последовало несколько других, чуть слабее. Эти наблюдения позволили предположить, что данная звезда частично пережила свою первую встречу с черной дырой и продолжает вращаться вокруг нее, генерируя новые взрывы при каждом приближении — это явление астрофизики называют «частичным TDE».

Повторяющиеся выбросы до полного поглощения звезды

При частичном приливном распаде ядро звезды с высокой плотностью остается нетронутым, в то время как ее внешняя оболочка с низкой плотностью удаляется и вызывает яркое событие аккреции, объясняют Веверс и его команда в статье, представляющей их открытие.

Первое такое событие, названное eRASSt J045650.3-203750, было обнаружено рентгеновским телескопом eROSITA на борту космического аппарата «Спектр-Рентген-Гамма». Она расположена в неактивной галактике с красным смещением около 0,077. Наблюдения, проведенные Лю и его командой в 2021 и 2022 годах с помощью аппарата XMM-Newton, показали, что за первоначальной вспышкой последовали повторные взрывы примерно каждые 223 дня. «Черная дыра показала необычайно сильное ослабление рентгеновского излучения, по сравнению с тем, когда она была обнаружена двумя неделями ранее телескопом eROSITA«, — говорит он.

Второе событие, получившее название AT2018fyk, связано с черной дырой массой около 100 солнечных масс; оно было обнаружено в 2018 году в рамках проекта All-Sky Automated Survey for Supernovae в центре галактики с красным смещением около 0,06 (расположенной на расстоянии около 900 миллионов световых лет). В течение как минимум 500 дней она генерировала интенсивное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, а затем внезапно погасла.

В мае 2022 года Веверс и его коллеги наблюдали с помощью XMM-Newton повторное появление этих эмиссионных компонентов примерно через 1200 дней после их первого появления. В поисках объяснения этого явления они обнаружили, что модель частичного TDE может воспроизвести наблюдаемые данные.

Первое обнаружение повторных вспышек в неактивных галактиках

«Мы предполагаем, что повторяющийся частичный TDE, когда частично разрушенная звезда находится на орбите около 1200 дней вокруг сверхмассивной черной дыры и периодически лишается массы во время каждого прохождения перицентра, определяет ее кривую блеска«, — резюмирует команда. Если эти выводы верны, то еще одно событие с высоким затуханием должно произойти примерно на 1800 день (август 2023 года), а последующее повторное возгорание — на 2400 день (март 2025 года), говорят исследователи.

Тот факт, что вспышки повторяются так быстро в обоих случаях, дает ценную информацию об этом типе событий: «Эти новые наблюдения невероятно интересны для изучения влияния сверхмассивных черных дыр. [Они предполагают, что разрушенная звезда вытягивается на соседнюю орбиту после того, как была вырвана из бинарной звездной системы центральной сверхмассивной черной дырой]«, — объясняет исследователь ЕКА Уильям Алстон.

С момента их открытия в 1990-х годах наблюдалось около 100 событий, связанных с приливными разрывами. Но это первый случай, когда частичные TDE были обнаружены в неактивных галактиках; они происходят из черных дыр, которые обычно остаются темными и безмолвными до тех пор, пока к ним не приблизится звезда.

Эти два события будут тщательно отслеживаться, особенно во время их соответствующих будущих вспышек, для подтверждения результатов. Также возможно, что исследователи ничего не будут наблюдать во время следующей запланированной встречи, что будет означать, что звезда была полностью поглощена во время предыдущего эпизода.