Зафиксировано ближайшее из наблюдавшихся астрономами поглощение звезды чёрной дырой
Наблюдение сделано в инфракрасной области спектра, — там, где раньше такого рода исследования не проводились, — что позволяет надеяться на обнаружение и других подобных событий при дальнейших поисках в данном диапазоне.
Примерно раз в 10 000 лет центр галактики вспыхивает, когда её сверхмассивная чёрная дыра разрывает на части пролетающую звезду. Это «событие приливного разрушения» выглядит как вспышка, потому что центральная чёрная дыра, втягивая в себя звёздный материал, выбрасывает огромное количество радиации.
Астрономам известно около ста событий приливного разрушения (СПР) в далёких галактиках. Эти события фиксируют по всплескам излучения, попадающим в телескопы, находящиеся на Земле и в космосе. В основном излучение рентгеновское и оптическое.
Астрономы МТИ, настроившись на обычный рентгеновский и УФ/оптический диапазоны, обнаружили новое событие приливного разрушения, ярко сияющее в инфракрасном диапазоне. Это один из первых случаев, когда учёные непосредственно идентифицировали СПР в инфракрасном диапазоне волн.
Более того, новая вспышка оказалась самым близким событием приливного разрушения, наблюдавшимся учёными: она зафиксирована в галактике NGC 7392, которая находится на наших космических задворках — примерно в 137 миллионах световых лет от Земли, на три четверти ближе прежнего СПР.
Новое ближайшее СПР, обозначенное как WTP14adbjsh, ничем не проявляет себя в стандартных рентгеновском и оптическом диапазонах. Как предполагают учёные, традиционные исследования упустили его не потому, что оно вовсе не сопровождалось рентгеновским и ультрафиолетовым излучением, а потому, что это излучение идёт через огромное количество пыли, которая поглощает его и выделяет тепло в виде энергии инфракрасной радиации.
Исследователи определили, что WTP14adbjsh произошло в молодой звёздообразующей галактике, тогда как большинство СПР зафиксировано в более спокойных местах. Согласно расчётам, для звёздообразующей галактики СПР должны быть обычными, поскольку звёзды, которые она «выпекает» одну за другой, — обильный материал для поглощения центральной чёрной дырой. Однако до сих пор наблюдения СПР в звёздообразующих галактиках были редки.
Новое исследование наводит на мысль, что обычные рентгеновские и оптические исследования могли не замечать СПР в звёздообразующих галактиках из-за того, что эти галактики производят массу пыли, скрывающей любое излучение, идущее от их ядра. Поиск в инфракрасном диапазоне может выявить гораздо больше СПР в активных, звёздообразующих галактиках.
«Обнаружение данного близкого СПР означает, согласно статистике, что должно быть множество этих событий, упущенных из виду при использовании традиционных методов, — отмечает Христос Панагиоту (Christos Panagiotou), постдок Института астрофизики и космических исследований имени Кавли (Kavli Institute for Astrophysics and Space Research) МТИ. — Так что нам следует искать их в инфракрасном диапазоне, если мы хотим получить полную картину чёрных дыр и содержащих их галактик».
Статья с подробным описанием сделанного командой Панагиоту открытия опубликована в «Astrophysical Journal Letters». Соавторами Панагиоту из МТИ являются Кишалай Де (Kishalay De), Меган Мастерсон (Megan Masterson), Эрин Кара (Erin Kara), Майкл Кальсадилья (Michael Calzadilla), Анна-Кристина Эйлерс (Anna-Christina Eilers), Даниэль Фростиг (Danielle Frostig), Натан Лурье (Nathan Lourie) и Роб Симко (Rob Simcoe), а также Вирадж Карамбелкар (Viraj Karambelkar), Манси Касливал (Mansi Kasliwal), Роберт Стайн (Robert Stein) и Джеффри Золковер (Jeffrey Zolkower) из Калифорнийского технологического института и Аарон Мейснер (Aaron Meisner) из Национальной исследовательской лаборатории оптико-инфракрасной астрономии Национального научного фонда.
Вспышка возможностей
Целью Панагиоту и его коллег был поиск в данных наблюдений не событий приливного разрушения, а признаков общих транзиентных источников. Команда использовала методологию Де для обнаружения транзиентных событий в архивных данных, полученных с помощью космического телескопа НАСА NEOWISE, который с 2010 года регулярно сканирует всё космическое пространство в инфракрасном диапазоне.
Команда Панагиоту зафиксировала яркую вспышку, появившуюся в космосе в конце 2014 года.
«Сначала ничего не было, — вспоминает Панагиоту. — Затем внезапно, в конце 2014 года, источник стал ярче, к 2015 году достиг высокой степени яркости, а затем постепенно вернулся к своему исходному покою».
Астрономы проследили данную вспышку до галактики, находящейся в 42 мегапарсеках от Земли. Возник вопрос: что вызвало это событие? Чтобы найти ответ, команда провела исследование яркости и времени вспышки, сравнивая фактические данные с моделями различных астрофизических процессов, способных вызвать вспышку такого рода.
«Например, сверхновые — это источники, которые внезапно взрываются и вспыхивают, а затем исчезают в тех же временных масштабах, что и приливные разрушения, — отмечает Панагиоту. — Но сверхновые не столь ярки и энергичны, как то, что мы наблюдали».
Прорабатывая различные варианты происхождения вспышки, учёные, в конце концов, смогли отбросить все, кроме одного: скорее всего, вспышка представляет собой СПР, причём наиболее близкое из до сих пор наблюдавшихся.
«Это очень чёткая кривая излучения, полностью соответствующая тому, какой должна эволюция СПР с течением времени», — говорит Панагиоту.
Красная или зелёная
Затем исследователи более внимательно изучили галактику, в которой произошло СПР. Они собрали данные нескольких наземных и космических телескопов, мониторивших в различных длинах волн, включая инфракрасный, оптический и рентгеновский диапазоны, ту часть космоса, где находится эта галактика. С помощью накопленных данных команда подсчитала, что сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики примерно в 30 миллионов раз массивнее Солнца.
«Она почти в 10 раз массивнее чёрной дыры в нашем галактическом центре. Это довольно много, хотя масса чёрных дыр может превосходить массу Солнца и в 10 миллиардов раз», — говорит Панагиоту.
Кроме того, команда установила, что изучавшаяся ею галактика активно создаёт новые звёзды. Звёздообразующие галактики — это класс «голубых» галактик, в отличие от более спокойных «красных» галактик, которые прекратили создание новых звёзд. Звёздообразующие голубые галактики — самый распространённый во Вселенной тип галактик.
«Зелёные» галактики, занимающие место между «красными» и «голубыми», время от времени производят небольшое количество звёзд. Этих галактик меньше, чем «красных» или «голубых», но вот что интересно: большинство обнаруженных на сегодняшний день СПР относится к «зелёным», наименее распространённым галактикам. Этот факт вынуждал учёных искать объяснение, так как, согласно теории, СПР должны наблюдаться главным образом в «голубых» звёздообразующих галактиках, где наибольшее количество звёзд, которые могут исчезать в чёрных дырах.
Однако звёздообразующие галактики, помимо звёзд, производят и много пыли, возникающей в результате взаимодействия звёзд вблизи ядра галактики. Пыль звёздообразующих галактик можно обнаружить в инфракрасном диапазоне, но она способна скрывать любое рентгеновское или ультрафиолетовое излучение, которое улавливают оптические телескопы. Вероятно, именно это объясняет, почему, используя обычные оптические методы, не удавалось обнаружить СПР в звёздообразующих галактиках.
«Тот факт, что светящееся прямо на наших задворках СПР не было зафиксировано в ходе оптических и рентгеновских исследований, весьма красноречив и демонстрирует, что эти исследования позволяют проводить далеко не полную перепись всей популяции СПР, — говорит не участвовавшая в работе команды Панагиоту Суви Гезари (Suvi Gezari), младший астроном и председатель научного персонала Института исследований космоса с помощью космического телескопа (Space Telescope Science Institute) в Мэриленде. — Использование инфракрасного сканирования для улавливания пылевого эха затенённых СПР … уже показало нам, что в пыльных, звёздообразующих галактиках существует не замеченная нами популяция СПР».
Данное исследование частично поддерживалось НАСА.