Неотдавнашните наблюдения на черна дупка, поглъщаща блуждаеща звезда, могат да помогнат на учените да разберат сложното поведение на черните дупки.

Няколко телескопа на НАСА наскоро са наблюдавали масивна черна дупка, разкъсваща звезда, която се е озовала твърде близо до нея. Намираща се на около 250 милиона светлинни години от Земята в центъра на друга галактика, това е петият най-близък пример за черна дупка, която унищожава звезда, наблюдаван някога.

След като гравитацията на черната дупка разкъсва напълно звездата, астрономите забелязват драматично нарастване на високоенергийната рентгенова светлина около черната дупка. Това показва, че докато звездният материал е бил притеглян към своята гибел, е образувал изключително гореща структура над черната дупка, наречена корона.

Спътникът NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescopic Array) на НАСА е най-чувствителният космически телескоп, способен да наблюдава тези дължини на вълната, и близостта на събитието е осигурила безпрецедентна гледка към формирането и еволюцията на короната, се посочва в ново изследване, публикувано в Astrophysical Journal.

Работата показва как унищожаването на звезда от черна дупка - процес, официално известен като приливно разрушение - може да се използва за по-добро разбиране на това какво се случва с материала, който е уловен от един от тези гиганти, преди да бъде напълно погълнат.

Повечето черни дупки, които учените могат да изследват, са заобиколени от горещ газ, който се е натрупвал в продължение на много години, понякога хилядолетия, и е образувал дискове, широки милиарди километри. В някои случаи тези дискове светят по-ярко от цели галактики. Дори около тези ярки източници, но особено около много по-малко активни черни дупки, се откроява понякога звезда, която се разкъсва и поглъща.

А от началото до края процесът често продължава само няколко седмици или месеца. Възможността за наблюдаване и кратката продължителност на приливно разрушение ги правят особено привлекателни за астрономите, които могат да разберат как гравитацията на черната дупка манипулира материала около нея, създавайки невероятно светлинно шоу и нови физически характеристики.

"Приливните разрушения са своеобразна космическа лаборатория", коментира съавторът на изследването Суви Гезари, астроном в Научния институт за космически телескопи в Балтимор. "Те са нашият прозорец към хранителния процес в реално време на масивна черна дупка, която се крие в центъра на галактика."

_{Когато една звезда се приближи твърде близо до черна дупка, силната гравитация ще я разтегне, докато се превърне в дълга река от горещ газ, както е показано на тази анимация. След това газът се завърта около черната дупка и постепенно се изтегля в орбита, образувайки ярък диск. Кредит: Science Communication Lab/DESY}

Изненадващ сигнал

Фокусът на новото изследване е събитие, наречено AT2021ehb, което се е случило в галактика с централна черна дупка с маса около 10 милиона пъти по-голяма от масата на нашето Слънце (около разликата между топка за боулинг и "Титаник"). По време на това приливно разрушение страната на звездата, която е по-близо до черната дупка, се притегля по-силно от далечната страна на звездата, като се разтегля цялата звезда, оставяйки само дълъг макарон от горещ газ.

Учените смятат, че по време на такива събития потокът от газ се сблъсква със самата черна дупка. Смята се, че това създава ударни вълни и изходящи потоци газ, които генерират видима светлина, както и невидими за човешкото око дължини на вълните, като ултравиолетова светлина и рентгенови лъчи. След това материалът започва да се натрупва в диск, въртящ се около черната дупка, подобно на вода, обикаляща около шахта, а триенето генерира нискоенергийни рентгенови лъчи. В случая с AT2021ehb тази поредица от събития се е случила само за 100 дни.

Събитието е забелязано за първи път на 1 март 2021 г. от ZTF (Zwicky Transient Facility - Център за преходни явления "Цвики"), разположен в обсерваторията Паломар в Южна Калифорния. Впоследствие то е изследвано от обсерваторията на НАСА "Нийл Герелс Суифт" и телескопа "Neutron star Interior Composition Explorer" (NICER), който наблюдава по-дълги рентгенови вълни от "Суифт".

След това, около 300 дни след първото забелязване на събитието, системата започва да се наблюдава от NuSTAR на НАСА. Учените са изненадани, когато NuSTAR открива корона - облак от гореща плазма или газови атоми с отнети електрони, тъй като короните обикновено се появяват със струи газ, които текат в противоположни посоки от черната дупка.

_{Илюстрация на художник за друго събитие на приливни нарушения AT2019dsg, където свръхмасивна черна дупка спагетира и поглъща звезда. Част от материала не се консумира от черната дупка и се изхвърля обратно в космоса под формата н два противоположно движвщи се джета. Кредит: DESY, Science Communication Lab}

При AT2021ehb обаче няма джетове, поради което наблюдението на короната е неочаквано. Короните излъчват рентгенови лъчи с по-висока енергия от която и да е друга част на черна дупка, но учените не знаят откъде идва плазмата и как точно става толкова гореща.

"Никога не сме виждали подобно събитие с рентгеново излъчване без наличие на джет и това е наистина впечатляващо, защото означава, че можем да разграничим какво причинява джетовете и какво короните", споделя Юхан Яо (Yuhan Yao), дипломант в Калифорнийския технологичен институт в Пасадена, Калифорния, и водещ автор на новото изследване. "Наблюденията ни на AT2021ehb са в съответствие с идеята, че магнитните полета имат нещо общо с начина, по който се формира короната, и искаме да знаем какво причинява това магнитно поле да стане толкова силно."

Яо също така ръководи работата по търсене на повече събития с приливни разрушения, идентифицирани от ZTF, и последващото им наблюдение с телескопи като Swift, NICER и NuSTAR. Всяко ново наблюдение предлага потенциал за нови прозрения или възможности за потвърждаване на това, което е наблюдавано в AT2021ehb и други събития на приливни смущения.

"Искаме да открием колкото се може повече", заявява Яо.

Справка: Yuhan Yao et al, The Tidal Disruption Event AT2021ehb: Evidence of Relativistic Disk Reflection, and Rapid Evolution of the Disk–Corona System, The Astrophysical Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-4357/ac898a

Източник: NASA gets unusually close glimpse of black hole snacking on star
Jet Propulsion Laboratory