10.11.2025. - Беспрецедентная вспышка черной дыры

Беспрецедентная вспышка черной дыры

Самым массивным звездам во Вселенной суждено взорваться как ярким сверхновым, прежде чем превратиться в черные дыры. Однако одна огромная звезда, похоже, так и не выполнила своего предназначения; по иронии судьбы, она оказалась слишком близко к гигантской черной дыре, которая поглотила ее, разорвав на мелкие кусочки.

Это наиболее вероятное объяснение, предложенное авторами нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy и описывающего самую мощную и самую отдаленную вспышку энергии, когда-либо зафиксированную в сверхмассивной черной дыре.

Космический объект был впервые замечен в 2018 году с помощью транзиторной установки Цвикки (ZTF), расположенной в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института, и проводимой под руководством Калифорнийского технологического института программы Catalina Transient Survey в режиме реального времени. За несколько месяцев вспышка стала ярче в 40 раз, а на пике своей яркости она была в 30 раз ярче, чем любая предыдущая вспышка черной дыры, наблюдавшаяся на сегодняшний день. В самый яркий момент вспышка излучала свет 10 триллионов солнц.

Сверхмассивная черная дыра, стоящая за вспышкой, представляет собой тип аккрецирующей или питающей черной дыры, называемой активным ядром галактики (AGN). Эта галактика, известная как J2245+3743, по оценкам, в 500 миллионов раз массивнее нашего Солнца. Она расположена на расстоянии 10 миллиардов световых лет от нас в отдаленной Вселенной. Поскольку скорость света конечна и ему требуется время, чтобы достичь нас, астрономы наблюдают отдаленные события, подобные этому, в прошлом, когда Вселенная была молодой.

"Энергетика показывает, что этот объект находится очень далеко и очень яркий", - говорит ведущий автор исследования Мэтью Грэм, профессор астрономии в Калифорнийском технологическом институте, а также научный сотрудник проекта ZTF и один из главных исследователей проекта. "Это не похоже ни на одно сверхвысокочастотное излучение, которое мы когда-либо видели".

Астрономы продолжают наблюдать за вспышкой черной дыры, хотя со временем она затухает. На самом деле, помимо того, что мы наблюдали объект в прошлом, само время в удаленном месте черной дыры течет медленнее по сравнению с нашим собственным восприятием времени.

- Это явление называется космологическим замедлением времени из-за растяжения пространства и времени. По мере того, как свет проходит через расширяющееся пространство, чтобы достичь нас, его длина волны увеличивается, как и само время", - объясняет Грэм, отмечая, что такие долгоживущие исследования, как ZTF и Catalina, важны для того, чтобы полностью запечатлеть события прошлого, потому что в этом случае "семь лет здесь - это два года там. Мы наблюдаем за тем, как событие воспроизводится с удвоенной скоростью".

Чтобы определить, что могло вызвать столь впечатляющую вспышку света в космосе, исследователи тщательно изучили список возможных причин и пришли к выводу, что наиболее вероятной причиной является нарушение приливного режима (TDE). Это явление возникает, когда гравитация сверхмассивной черной дыры сдавливает звезду, которая подходит слишком близко, медленно поглощая звезду с течением времени по мере того, как она по спирали втягивается в черную дыру. Тот факт, что вспышка черной дыры J2245+3743 все еще продолжается, указывает на то, что мы являемся свидетелями того, как звезда еще не полностью поглощена, а скорее похожа на "рыбу, только наполовину попавшую в пищевод кита", - говорит Грэм.

Если вспышка вызвана TDE, то, по оценкам ученых, сверхмассивная черная дыра поглотила звезду с массой, по меньшей мере, в 30 раз превышающей массу нашего Солнца. Предыдущий рекордсмен по количеству претендентов на участие в TDE, мероприятие, получившее название Scary Barbie после его первоначальной классификации ZTF как ZTF20abrbeie, было далеко не таким насыщенным. Этот TDE, который, как полагают, также произошел от сверхвысокочастотной звезды, был в 30 раз слабее, чем у J2245+3743, и его обреченная звезда, по оценкам, имела массу от трех до 10 масс Солнца.

Звездная закуска в диске черной дыры

Большинство из примерно 100 TDE, наблюдаемых на сегодняшний день, происходят не вокруг AGN — массивных структур, состоящих из сверхмассивных черных дыр, окруженных большими вращающимися дисками материала, которые питают центральную черную дыру. AGN перемещаются, проявляя собственную активность при кормлении, что может маскировать вспышки TDE и затруднять их обнаружение. Недавняя гигантская вспышка J2245+3743, с другой стороны, была настолько большой, что ее было легче заметить.

Однако поначалу J2245+3743 не казался чем-то особенным. В 2018 году, после того как объект был впервые обнаружен, исследователи использовали 200-дюймовый телескоп Hale Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института, чтобы получить спектр излучения объекта, но он не выявил ничего необычного. В 2023 году команда заметила, что вспышка затухает медленнее, чем ожидалось, поэтому они получили другой спектр от обсерватории У. М. Кека на Гавайях, который указывал на чрезвычайную яркость этого конкретного AGN.

"Сначала было важно установить, что этот экстремальный объект действительно был таким ярким", - объясняет соавтор исследования К. Э. Саавик Форд, профессор выпускного центра Городского университета Нью-Йорка (CUNY), а также муниципального колледжа Манхэттена и Американского музея естественной истории (AMNH).

По ее словам, было возможно, что объект излучал свет в нашу сторону, а не светился во всех направлениях, но данные предыдущей миссии НАСА Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) помогли исключить это. В конце концов, после того как были исключены и другие сценарии, исследователи пришли к выводу, что J2245+3743 действительно была самой яркой вспышкой черной дыры, когда-либо зарегистрированной.

"Если преобразовать все наше солнце в энергию, используя знаменитую формулу Альберта Эйнштейна E = mc2, то именно столько энергии выделилось из этой вспышки с тех пор, как мы начали ее наблюдать", - говорит Форд.

Как только команда установила беспрецедентную яркость этого события, они попытались выяснить, что могло его вызвать. "Сверхновые недостаточно яркие, чтобы объяснить это", - говорит Форд, ссылаясь на одну из возможных причин. Вместо этого, по мнению команды, это сверхмассивная черная дыра, медленно разрывающая огромную звезду на части.

"Звезды такой массы встречаются редко, - говорит Форд, - но мы думаем, что звезды в диске AGN могут увеличиваться в размерах. Вещество с диска сбрасывается на звезды, заставляя их увеличиваться в массе."

Обнаружение черной дыры с такими гигантскими размерами указывает на то, что другие подобные события, вероятно, происходят по всему космосу. Исследователи надеются использовать больше данных ZTF для поиска других, и обсерватория NSF и Министерства энергетики США имени Веры С. Рубин также могут обнаружить необычно крупные TDE.

"Мы бы никогда не обнаружили это редкое событие, если бы не ZTF", - говорит Грэм. "Мы наблюдаем за небом с помощью ZTF уже семь лет, поэтому, когда мы видим какую-либо вспышку или изменение, мы можем увидеть, что происходило в прошлом и как это будет развиваться".

Источник