Астрономы впервые в подробностях увидели, как чёрная дыра разрывает звезду

Приливное разрушение звезды наблюдается как вспышка, похожая на взрыв сверхновой.

Иллюстрация Robin Dienel, Carnegie Institution for Science.

Чёрная дыра превращает подошедшую слишком близко звезду в облако раскалённого вещества.

Иллюстрация NASA's Goddard Space Flight Center.

Звезда буквально вытягивается в нить, падая в чёрную дыру.

Иллюстрация Wikimedia Commons.

Учёные стали свидетелями чрезвычайно редкого события: разрушения звезды сверхмассивной чёрной дырой. В галактике размером с Млечный Путь такой катаклизм происходит раз в десятки или сотни тысячелетий. На сей раз благодаря счастливому стечению обстоятельств астрономы впервые отследили самое начало катастрофы. Любопытно, что помог им в этом охотник за планетами TESS.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal учёными из 22 исследовательских центров.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно писали о разрушении звезды приливными силами при опасном сближении со сверхмассивной чёрной дырой. Напомним в двух словах, что подобное происходит, когда небесное тело подходит к хищнице примерно на расстояние между Землёй и Солнцем. Повёрнутая к "монстру" сторона светила притягивается к нему сильнее (поскольку находится ближе), чем противоположная. Звезда не выдерживает механического напряжения и разрывается, буквально вытягиваясь в нить. Такой катаклизм известен как событие приливного разрушения, или TDE (от английского словосочетания tidal disruption event). За всю историю астрономы наблюдали лишь около 40 таких катастроф.

Новый катаклизм произошёл в галактике 2MASX J07001137-6602251, расположенной в 375 миллионах световых лет от Земли в созвездии Летучей Рыбы. Погибшая звезда, вероятно, имела примерно солнечную массу, а вот уничтожившая её чёрная дыра была массивнее в шесть миллионов раз. Любой боксёр подтвердит, что противники в разном весе.

Важную роль в открытии сыграл космический телескоп TESS, о котором мы подробно писали. Напомним, что этот инструмент каждые полчаса тщательно измеряет яркость звёзд в выбранной площадке, чтобы обнаружить затмения, вызванные экзопланетами. Наблюдение каждой площадки длится 27 дней.

Побочный результат этой работы – открытие всевозможных космических катаклизмов, по счастливой случайности произошедших именно в участке неба, который в этот момент наблюдал TESS. Данные показывают, как данная точка неба выглядела до вспышки, и позволяют отследить её развитие с шагом в полчаса в течение нескольких дней. Исследователям разного рода вспышечных процессов крайне редко достаётся столь богатый наблюдательный материал.

Однако TESS не передаёт данные на Землю в режиме реального времени. Астрономам приходится ждать очередного сеанса связи несколько недель. А ведь крайне важно как можно скорее получить информацию о вспышке, чтобы подключить к её изучению инструменты самых разных диапазонов. Нашумевшая история с первым столкновением нейтронных звёзд очень наглядно это продемонстрировала.

Чёрная дыра превращает подошедшую слишком близко звезду в облако раскалённого вещества.

Именно поэтому команда проекта ASAS-SN после запуска TESS заранее стала уделять больше времени площадкам, которые в данный момент наблюдал этот охотник за планетами. ASAS-SN – это сеть быстродействующих автоматических телескопов с широким полем зрения, предназначенная для того, чтобы как можно быстрее обнаружить вспышку.

Расчёт был простым: если в этом участке неба произойдёт нечто интересное, то наблюдатели известят коллег со всей возможной оперативностью. А со временем подоспеют и уникальные данные от TESS, который всё видел с самого начала, но не мог вовремя об этом рассказать.

Именно так и произошло 29 января 2019 года, когда телескопы зафиксировали вспышку, получившую обозначение ASASSN-19bt. Учёные оперативно подключили к этой работе несколько наземных и космических инструментов, работающих в оптическом, рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах.

Кроме того, астрономам невероятно повезло. Катаклизм случился не просто в текущей площадке работы TESS, а в так называемой зоне непрерывного наблюдения. Это область неба, где перекрывается несколько наблюдаемых по очереди площадок. Каждая такая зона обозревается около ста дней.

В результате учёные получили данные наблюдений этого участка неба с 28 июля 2018 года. То есть непрерывный мониторинг нужного участка неба начался за полгода (!) до того, как сеть ASAS-SN зафиксировала вспышку.

"Мы внимательно следили за областями неба, наблюдаемыми TESS, с помощью наших телескопов ASAS-SN. Но нам очень повезло с этим событием в том, что участок неба, который TESS наблюдает постоянно, мал, и именно в нём случилось одно из самых ярких TDE, которое мы когда-либо видели, – говорит соавтор исследования Патрик Валли (Patrick Vallely) из Университета Огайо. – Благодаря его быстрому обнаружению [телескопами] ASAS-SN и невероятным данным TESS мы смогли наблюдать это TDE на гораздо более ранних стадиях, чем другие [подобные события]. Это даёт нам некоторое новое представление о том, как происходят TDE".

Звезда буквально вытягивается в нить, падая в чёрную дыру.

Вспышка достигла максимальной мощности в марте 2019 года. В этот момент её светимость составляла порядка ста миллиардов солнечных. Максимальная температура остатков звезды достигала 40 тысяч градусов Цельсия, что почти в восемь раз выше, чем на поверхности Солнца, но она быстро упала вдвое.

В своей научной статье авторы заявляют, что развитие ASASSN-19bt перед пиком блеска было изучено подробнее, чем какого бы то ни было в случае другого TDE.

"Ранние данные TESS позволяют нам видеть свечение [разрушенной звезды] очень близко к чёрной дыре, гораздо ближе, чем мы могли видеть раньше", – рассказывает Валли.

Также учёные убедились, что увеличение яркости ASASSN-19bt было очень плавным. По данным TESS, блеск начал нарастать за 8,3 суток до обнаружения события сетью ASAS-SN. Этот факт подтвердил, что речь идёт о приливном разрушении звезды, а не вспышке другого типа, например, взрыве сверхновой.

К слову, ранее "Вести.Наука" рассказывали о величайшем взрыве в наблюдаемой Вселенной и о космических вспышках неизвестной природы.