Понять основы чёрной дыры сложно. От горизонтов событий до точек сингулярности и общего искривления пространства-времени, как мы его понимаем, — список можно продолжить. Тем не менее, чтобы осознать масштабность недавнего космического события, зафиксированного исследователями в обсерватории Паломар Калифорнийского технологического института (Caltech), не нужно быть астрофизиком.
Используя установку Zwicky Transient Facility (ZTF) и проект Catalina Real-Time Transient Survey, команда стала свидетелем того, как сверхмассивная чёрная дыра, масса которой примерно в 500 миллионов раз превышает массу Солнца, поглощала соседнюю звезду в течение нескольких месяцев. В какой-то момент вспышка, возникшая в результате этого процесса, была в 30 раз ярче, чем любые подобные явления, зафиксированные ранее, и излучала свет, эквивалентный свету 10 триллионов солнц.
Подробности об активности активного галактического ядра (AGN) J2245+3743 опубликованы в исследовании, опубликованном 4 ноября в журнале Nature Astronomy.
Профессор астрономии Калифорнийского технологического института, научный сотрудник проекта ZTF и соавтор исследования Мэттью Грэм заявил: «Это не похоже ни на одно AGN, которое мы когда-либо видели».
Вспышка, увеличенная в 40 раз
Грэм и его коллеги впервые заметили увеличение светимости J2245+3743 2 апреля 2018 года. Однако первоначальное сканирование с помощью 200-дюймового телескопа Хейла обсерватории Паломар не выявило ничего особенно странного. Но к 2023 году астрономы поняли, что вспышка затухает медленнее, чем предполагалось. Только после очередного спектрального сканирования с помощью обсерватории Кека на Гавайях они узнали, насколько ярким стал J2245+3743.
Астрономы наблюдали, как энергетическая вспышка AGN стала ярче в 40 раз.
Изначально команда не была уверена, что могло вызвать такой драматический всплеск, и перебрала список возможных объяснений. Они быстро определили, что наиболее очевидное объяснение — сверхновая — не подходит.
«Сверхновые недостаточно ярки, чтобы объяснить это», — пояснил соавтор исследования и астроном Городского университета Нью-Йорка К. Э. Саавик Форд. «Если вы преобразуете всё наше Солнце в энергию, используя знаменитую формулу Альберта Эйнштейна E=mc², то вы поймёте, сколько энергии излучала эта вспышка с момента начала наблюдений».
Что такое приливное разрушение?
Грэм, Форд и их команда в итоге остановились на приливном разрушении как наиболее вероятном объяснении этого всплеска света. Также известное как TDE, приливное разрушение начинается, когда сверхмассивная чёрная дыра своим гигантским гравитационным притяжением захватывает соседнюю звезду. Затем чёрная дыра начинает выкачивать энергию из звезды, когда та начинает свою неизбежную спираль смерти. Но это не значит, что звезда постоянно сжимается после того, как AGN захватывает её. Иногда передача энергии идёт в обе стороны.
«Звёзды такой массы редки, но мы считаем, что звёзды в диске AGN могут расти. Материя из диска оседает на звёздах, заставляя их увеличиваться в массе», — сказал Форд.
На сегодняшний день зарегистрировано около 100 событий приливного разрушения, но большинство из них не сопровождалось активным галактическим ядром, подобным недавно наблюдаемому J2245+3743. Это связано с тем, что окружающий диск питательного материала в активном галактическом ядре обычно скрывает любое излучение TDE даже от самых чувствительных инструментов обсерватории. В этом случае J2245+3743 был настолько гигантским, что его невозможно было не заметить.
Новый рекордсмен гораздо мощнее предыдущего лидера среди TDE. Впервые наблюдавшийся в апреле 2021 года, ZTF20abrbeie (по прозвищу «Scary Barbie») был в 30 раз слабее, чем J2245+3743, и включал звезду, которая была в 3–10 раз больше Солнца. Находящийся на расстоянии 10 миллиардов световых лет, J2245+3743 также является одной из самых старых чёрных дыр, когда-либо наблюдавшихся, и возник, когда Вселенная была сравнительно молодой.
Чёрная дыра в замедленной съёмке
Учитывая всю странность, сопровождающую чёрную дыру, астрономы технически наблюдают за происходящим в замедленном темпе.
«Это явление называется космологическим временным замедлением из-за растяжения пространства и времени. Когда свет проходит через расширяющееся пространство, чтобы достичь нас, его длина волны растягивается, как и само время», — сказал Грэм. «Семь лет здесь — это два года там. Мы наблюдаем, как событие воспроизводится на четверть скорости».
Хотя J2245+3743 сейчас является рекордсменом по яркости вспышки чёрной дыры, которую когда-либо видели астрономы, они считают, что его лидерство может быть временным. Каким бы мощным оно ни было, они подозревают, что подобные события происходят по всей Вселенной в любое время. Только следя за небом, они смогут найти достойных конкурентов.
«Мы бы никогда не обнаружили это редкое событие, если бы не ZTF», — сказал Грэм. «Мы наблюдаем небо с помощью ZTF уже семь лет, так что, когда мы видим, как что-то вспыхивает или меняется, мы можем увидеть, что оно делало в прошлом и как оно будет развиваться».
Что касается J2245+3743, то он ещё не закончил со своей звёздной закуской. Даже по прошествии двух лет его поток всё ещё остаётся на две величины выше уровня до вспышки.