Среди наиболее загадочных космических явлений, открытых за последние несколько десятилетий, — короткие и очень яркие вспышки синего и ультрафиолетового света, которые постепенно угасают, оставляя после себя слабое рентгеновское и радиоизлучение. На данный момент обнаружено чуть больше десятка таких вспышек, и астрономы спорят о том, являются ли они результатом необычного типа сверхновой или падения межзвёздного газа в чёрную дыру.
Анализ самой яркой вспышки такого рода
Анализ самой яркой на сегодняшний день вспышки этого типа, обнаруженной в прошлом году, показал, что они не являются ни тем ни другим. Вместо этого группа астрономов под руководством исследователей из Калифорнийского университета в Беркли пришла к выводу, что так называемые светящиеся быстро исчезающие оптические переходные процессы (LFBOTs) вызваны экстремальным приливным разрушением, когда чёрная дыра массой до 100 раз превышающей массу нашего Солнца полностью разрывает на части свою массивную звезду-компаньон за несколько дней.
Открытие разрешает десятилетнюю головоломку
Это открытие разрешает десятилетнюю головоломку, но также иллюстрирует множество разновидностей звёздных катастроф, с которыми сталкиваются астрономы. Каждая из них имеет свой характерный спектр света — разные длины волн, разные интенсивности, — который меняется со временем.
Изучение процессов, которые производят эти уникальные световые сигнатуры, проверяет текущие знания о физике чёрных дыр
Изучение процессов, которые производят эти уникальные световые сигнатуры, проверяет текущие знания о физике чёрных дыр и помогает астрономам понять эволюцию звёзд во Вселенной.
Предполагаемая масса чёрной дыры
Предполагаемая масса чёрной дыры — в диапазоне, который иногда называют чёрными дырами средней массы, — также интригует астрономов. Хотя известно, что существуют чёрные дыры массой более 100 солнечных масс, поскольку их слияния были обнаружены с помощью экспериментов по изучению гравитационных волн, таких как Лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), они никогда не наблюдались напрямую, и то, как они достигают такого размера, до сих пор остаётся загадкой.
Изучение подобных событий может пролить свет на звёздную среду, в которой развиваются крупные чёрные дыры
Изучение этого и подобных событий может пролить свет на звёздную среду, в которой развиваются крупные чёрные дыры наряду с массивным звёздным компаньоном.
«Теоретики придумали множество способов объяснить, как мы получаем эти большие чёрные дыры, чтобы объяснить, что видит LIGO», — сказала Раффаэлла Маргутти, доцент кафедры астрономии и физики Калифорнийского университета в Беркли.
«LFBOTs позволяют вам взглянуть на этот вопрос под совершенно другим углом. Они также позволяют нам охарактеризовать точное местоположение этих объектов внутри галактики-хозяина, что добавляет больше контекста в попытках понять, как мы получаем такую установку — очень большую чёрную дыру и компаньона».
LFBOTs получили своё название потому, что они яркие
LFBOTs получили своё название потому, что они яркие — они видны на расстояниях от сотен миллионов до миллиардов световых лет — и длятся всего несколько дней, излучая свет высокой энергии в диапазоне от синего конца оптического спектра через ультрафиолетовый и рентгеновский.
Первый такой объект был замечен в 2014 году, но первый с достаточными данными для анализа был зарегистрирован в 2018 году и по стандартному соглашению об именах был назван AT 2018cow. Название привело исследователей к тому, чтобы называть его Коровой, а последующие LFBOTs были названы, в шутку, Коалой (ZTF18abvkwla), Тасманийским дьяволом (AT2022tsd) и Зябликом (AT2023fhn).
Новейший LFBOT, названный AT 2024wpp (возможно, Дятлом?), анализируется в двух статьях, недавно принятых в «The Astrophysical Journal Letters».
Расчёты показали, что энергия, излучаемая во время этого экстремального приливного разрушения, была в 100 раз больше, чем при обычной сверхновой
Расчёты показали, что энергия, излучаемая во время этого экстремального приливного разрушения, была в 100 раз больше, чем при обычной сверхновой, что потребовало бы преобразования около 10% массы покоя Солнца в энергию за очень короткий промежуток времени — всего за несколько недель.
«Огромное количество излучаемой энергии от этих вспышек настолько велико, что их нельзя объяснить коллапсом и взрывом массивной звезды — или любым другим типом обычного звёздного взрыва», — сказала Натали ЛеБарон. «Основной вывод из AT 2024wpp заключается в том, что модель, с которой мы начали, неверна. Это определённо не вызвано взрывающейся звездой».
Исследователи предполагают, что интенсивный свет высокой энергии, излучаемый во время этого экстремального приливного разрушения, был следствием долгой паразитической истории двойной системы чёрной дыры. По мере того как они реконструируют эту историю, чёрная дыра долгое время высасывала материал из своего компаньона, полностью окутывая себя ореолом материала, который находился слишком далеко от чёрной дыры, чтобы она могла его поглотить.
Затем, когда звезда-компаньон наконец оказалась слишком близко и была разорвана на части, новый материал оказался вовлечённым во вращающийся диск обломков, называемый диском аккреции, и столкнулся с существующим материалом, генерируя рентгеновское, ультрафиолетовое и синее излучение.
Большая часть газа из спутника также оказалась закрученной к полюсам чёрной дыры, где он был выброшен в виде струи материала. Они подсчитали, что струи двигались со скоростью около 40% скорости света и генерировали радиоволны, когда сталкивались с окружающим газом.
Предполагаемая масса звезды-компаньона, которая была разорвана на части, превышала массу Солнца более чем в 10 раз. Возможно, это была так называемая звезда Вольфа-Райе, которая очень горяча и эволюционировала, уже израсходовав большую часть своего водорода. Это могло бы объяснить слабое водородное излучение от AT 2024wpp.
Подобно большинству LFBOTs, AT 2024wpp расположен в галактике с активным звездообразованием, поэтому такие большие и молодые звёзды, как эти, ожидаемы. AT 2024wpp находится на расстоянии 1,1 миллиарда световых лет и в 5–10 раз более яркий, чем AT 2018cow.
Для измерения различных длин волн света, излучаемого LFBOT, использовалась большая коллекция телескопов. Среди них были три рентгеновских телескопа: рентгеновская обсерватория Чандра НАСА, Swift-XRT и ядерный спектроскопический телескоп (NuSTAR); радиотелескопы, такие как Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая матрица (ALMA) и компактная матрица телескопа Австралии (ATCA); ультрафиолетовый/оптический телескоп (UVOT) на обсерватории Neil Gehrels Swift; и наземные оптические телескопы, включая обсерватории Кека, Лик и Джемини.
Поскольку LFBOTs излучают обильное ультрафиолетовое излучение, исследователи с нетерпением ждут запуска двух запланированных ультрафиолетовых телескопов — ULTRASAT и UVEX, в которых участвуют многочисленные учёные из Беркли и которые будут управляться Лабораторией космических наук. Эти телескопы будут иметь решающее значение для обнаружения и быстрой характеристики большего количества LFBOTs до того, как они достигнут пика яркости, что позволит астрономам систематически исследовать разнообразие их сред и систем-прародителей.
«Сейчас мы находим только около одного LFBOT в год. Но как только у нас в космосе появятся ультрафиолетовые телескопы, поиск LFBOTs станет рутинным, как сегодня обнаружение гамма-всплесков», — сказала Найана А.Дж.
Предоставлено: Калифорнийский университет в Беркли.