Черная дыра разрывает звезду

Космическая катастрофа: астрономы впервые смогли наблюдать, как сверхмассивная черная дыра поглощает звезду. На протяжении более десяти лет ученые с помощью телескопов прослеживали, как остатки разорванной на части звезды отчасти в виде излучения, а отчасти в виде потока частиц «катапультировались» в космос. И это стало первым случаем, когда образование и развитие потока материи можно было видеть «в прямом эфире» при смерти такой звезды, пишут исследователи в журнале Science.

Когда звезда подходит слишком близко к черной дыре, ее разрывают на куски невероятные приливные силы. Последствия такой звездной катастрофы могли напрямую наблюдать астрономы. © Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

В 2014 году одной из звезд в самом сердце Млечного пути удалось избежать подобной судьбы. Тогда она хоть и опасно приблизилась к центральной черной дыре нашей галактики, но, несмотря на чудовищные приливные силы в окружении Стрельца А*, разорвана на куски не была. Но не всем звездам настолько везет.

Разорвана черной дырой

Еще лет 30 назад астрономы-теоретики предсказывали, что вблизи сверхмассивных черных дыр нередко звезды могут гибнуть вследствие так называемого Tidal Disruption Events (TDE), что переводится как «событие приливного разрушения». Грандиозная гравитация черной дыры рвет при этом звездный материал на куски, причем большую часть этих ошметков она вышвыривает в космос в виде экстремально ускоренного потока частиц. Остаток же вращается в виде раскаленного диска материи вокруг черной дыры или аннигилируется.

Но хотя такие разрывания звезд в галактических центрах в теории должны быть довольно частым явлением, астрономам до сих пор крайне редко удавалось наблюдать такое событие – причем обычно тогда, когда космическая катастрофа уже свершилась. «Образование и развитие потока материи при таком событии нам еще никогда не доводилось наблюдать непосредственно», - говорит соавтор исследования Мигель Перез-Торрес из Астрофизического института Андалусии в Гранаде.

Загадочный сдвиг лучей

Теперь же астрономам на помощь пришла космическая случайность – при поиске неизвестных сверхновых в сливающихся галактиках. 30 января 2005 года они обнаружили яркий импульс сильного инфракрасного излучения из центра удаленной примерно на 150 миллионов световых лет галактики Arp 299. Чуть позднее и радиотелескопы комплекса Very Long Baseline Array (VLBA) зарегистрировали усиленную эмиссию радиоволн из этого места.

Сначала источник излучений был похож лишь на диффузную точку, как это видно по снимку, сделанному телескопом. © Mattila, Perez-Torres, et al./ Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Но откуда исходило это излучение? Первым предположением исследователей стала сверхновая или выброс гамма-излучений. Правда, и Tidal Disruption Event  рассматривался в качестве возможной причины – основанием для этого стало расположение источника излучений в центре галактики. Но была здесь и проблема. «По прошествии времени объект оставался ярким как в инфракрасном, так и в радиодиапазоне, а вот рентгеновское излучение и свет отсутствовали», - говорит инициатор исследования Сеппо Маттила из университета Турку. И такая схема не вписывалась ни в один из существовавших сценариев.

Мчащийся поток частиц

Как это можно было объяснить? Для того, чтобы докопаться до истины, астрономы наблюдали загадочное событие более десяти лет. Для контроля за Arp 299, наряду с большим телескопом VLBA, они использовали радиотелескопы европейской сети радиотелескопов EVN и космический телескоп NASA Spitzer.

И действительно, в 2011 году в сердце Аrp 299 что-то произошло. «Изначально не менявшийся радиоисточник вдруг преобразовался в хорошо заметную структуру, похожую на реактивную струю», - сообщают исследователи. Из поначалу скорее точечного источника радиоволн выросло продолговатое и интенсивно испускающее излучения образование, причем рост его осуществлялся лишь в одну сторону. Острие этой струи неслось сквозь космическое пространство со скоростью в четверть световой. А при своем появлении поток частиц, как определили астрономы, двигался даже со скоростью в 90 процентов скорости света.

Смерть похожей на Солнце звезды

Теперь астрономам стало понятно: два из рассматриваемых прежде сценариев отпадают. «Радиоморфология, эволюция и экспансия несовместимы со сверхновой», - заявляет Маттила и его коллеги. Интенсивность и прохождение во времени радиоизлучения также не подходят под версию выброса гамма-излучений.

 С 2011 года начал образовываться реактивный поток материи, определяемый по боковым расширениям радиоисточника. © Mattila, Perez-Torres, et al./ Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Анимация. Для просмотра кликните по изображению.

Оставалась лишь одна возможность. «Наши наблюдения свидетельствуют о расширяющейся реактивной радиоструе «события приливного разрушения» (TDE) – в полном соответствии с теоретическими ожиданиями», - считают ученые. Согласно такой версии, звезда примерно двойной солнечно массы слишком близко подошла к сверхмассивной черной дыре. Когда же приливные силы разорвали ее на куски, большая часть ее материала была выброшена в виде реактивной струи в космос, причем струя эта сопровождалась большими количествами высокоэнергетического излучения.

Скрытые за облаками пыли

Но почему же тогда отсутствовали типичные для подобных событий рентгеновское и оптическое излучения? «Наиболее вероятное объяснение таково, что плотный межзвездный газ и пыль вблизи галактического центра абсорбировали и рентгеновское излучение, и свет в видимом диапазоне», – считает Маттила. Энергия этого излучения нагрела окутывающие облака, по причине чего те стали еще сильнее светиться в инфракрасном спектре.

Признаки такого сценария исследователи видят в высокой интенсивности инфракрасного излучения, а также во временной схеме эмиссии радиоволн. По их мнению, такие покрывающие облака могли бы также объяснить, почему до сих пор астрономы могли так редко наблюдать подобный катастрофический конец звезд возле черных дыр.

«Это событие приливного разрушения вполне может оказаться верхушкой айсберга целой скрытой популяции подобных событий», - говорит Маттила. - «Когда мы будем в будущем целенаправленно искать с помощью инфракрасных и радиотелескопов такие события, мы сможем обнаруживать их в большем количестве, получая при этом новые знания».