Гибель солнц: астрономы увидели уничтожение звезд черными дырами

Астрономы из нескольких стран сообщили о наблюдениях редчайших космических катастроф: поглощения звезд сверхмассивными черными дырами. В отдельно взятой галактике подобное случается раз в десятки или сотни тысячелетий. Российско-германская орбитальная обсерватория «Спектр-РГ», планомерно обследующая все небо, обнаружила 13 таких событий. Научная статья с результатами исследования направлена в журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, пока же она доступна в виде препринта.

Кипящие небеса

Когда-то небо казалось людям вечным и неизменным. Гармоничный, раз и навсегда установленный ход светил мудрецы противопоставляли переменчивой земной жизни с ее хаосом и страданиями.

Теперь мы знаем, что небеса полны разрушения. Взрывы сверхновых, вспышки ядер галактик, столкновения нейтронных звезд — вот далеко не полный список катаклизмов, стирающих звезды и планеты в пыль. Все эти катастрофы астрономы суховато именуют переходными процессами, поскольку длятся они недолго: несколько секунд, недель или месяцев — в равной степени мгновение по астрономическим меркам.

Встретимся в 2135 году: рухнет ли на Землю астероид

В 1970-х годах теоретики предсказали новый и крайне редкий вид космических катаклизмов: поглощение звезд сверхмассивными черными дырами. Наблюдатели сообщили о первом таком событии лишь в 1999 году. С тех пор астрономы зафиксировали всего несколько десятков подобных катастроф.

Спагетти из звезд

В центре каждой крупной галактики есть сверхмассивная черная дыра массой в миллионы или даже миллиарды солнц. Некоторые из таких гигантов окружены плотным облаком падающего на них газа и пыли. Гравитация закручивает эту материю в так называемый аккреционный диск, вращающийся вокруг черной дыры с огромной скоростью. Потоки вещества сталкиваются друг с другом и разогреваются трением, порой — до сотен миллионов градусов. Раскаленное вещество ярко светится. Такое украшение может превратить черную дыру, темную и невидимую саму по себе, в мощнейший источник излучения.

Но подобное все-таки редкость. Подавляющее большинство угнездившихся в ядрах галактик черных дыр питаются гораздо скромнее и почти не светятся (во всяком случае, их свечение незаметно на межгалактических расстояниях). Тому может быть несколько причин. Во-первых, черная дыра может иметь сравнительно небольшую по меркам таких объектов массу (например, наша собственная Стрелец А (SgrA*) весит «всего» 4 млн солнц) и, следовательно, силу гравитации. Во-вторых, запасы доступного к поеданию вещества рано или поздно истощаются.

Ученым известны примеры черных дыр, которые поглотили почти всю материю, до которой смогли дотянуться, и «уснули».

Битва титанов: как черная дыра столкнулась с нейтронной звездой

Однако даже сидящая на голодном пайке хищница может ненадолго устроить себе пир, если к ней неосторожно приблизится звезда. Незадачливому светилу достаточно подойти к черной дыре на расстояние, сравнимое с дистанцией от Земли до Солнца, и быть беде. Сверхмассивный монстр буквально вытянет звезду в нить, а потом разорвет на части.

Почему это происходит? Еще в школе учат, что сила тяготения зависит от расстояния. Ближайшее к черной дыре полушарие светила притягивается к ней сильнее, чем противоположное. Под действием этой силы звезда растягивается, становясь похожей уже не на шар, а сначала на каплю, потом — на спагетти. Астрономы так и называют этот процесс спагеттификацией. «Макаронина» продолжает вытягиваться навстречу черной дыре, превращаясь во все более тонкую нить, и в конце концов разрывается на части. Эта катастрофа называется событием приливного разрушения (tidal disruption event, или TDE).

Подобные катаклизмы сопровождаются вспышкой, которую можно заметить в оптические, ультрафиолетовые и рентгеновские телескопы. Иногда это свечение продолжается несколько месяцев. Эксперты до сих пор спорят о его природе. Возможно, вещество погибшей звезды образует вокруг нее временный аккреционный диск с температурой в миллионы градусов (в тысячи раз горячее поверхности звезды). А быть может, остатки светила раскаляются до сильного свечения уже в процессе его уничтожения, а не по мере падения на черную дыру.

Неуловимый «средний класс»: ученые доказали существование странных черных дыр

Как бы то ни было, эти катастрофы весьма занимают астрофизиков. Во-первых, они интересны сами по себе. Во-вторых, их наблюдение — один из очень немногих способов исследовать «спящие» черные дыры, как сверхмассивные (от миллионов до десятков миллиардов солнц), так и средней массы (от тысяч до сотен тысяч солнц).

И теперь «Спектр-РГ» подарил астрономам сразу 13 новых TDE. И, скорее всего, это только начало.

Рентгеновское зрение

«Спектр-РГ» — это совместный проект России и Германии. Нашей стане принадлежит сам космический аппарат, а также один из двух установленных на нем рентгеновских телескопов (ART-XC), а Германии — второй бортовой телескоп (eROSITA). Оба инструмента отличаются высокой чувствительностью и разрешением (способностью различать тонкие детали). Телескопы «Спектра-РГ» не имеют аналогов среди рентгеновских инструментов, когда-либо выполнявших обзор всего неба.

Естественно, ученых интересуют любые источники рентгеновских лучей, которые только могут попасть в поле зрения зонда, от скоплений галактик до нейтронных звезд. Астрономы не преминут изучить и разного рода вспышки и взрывы, в том числе и TDE.

За четыре года каждый из двух телескопов должен обозреть небесную сферу восемь раз. Это очень облегчает поиск сравнительно кратких вспышек: достаточно обратить внимание на яркие объекты, которые вдруг появились в одном из череды обзоров, а потом так же внезапно пропали.

Планета-океан: что обнаружили астрономы недалеко от Солнца

Аппарат был запущен 13 июля 2019-го, а сканирование неба началось 12 декабря того же года. В недавней научной статье представлены 13 TDE, найденных телескопом eROSITA во время второго полугодового обзора, закончившегося 14 декабря 2020 года, а к сегодняшнему дню завершен уже третий.

Авторы отобрали TDE среди других вспышек, ориентируясь на характерные свойства излучения, порожденного такими катаклизмами. Наблюдения этих же событий в оптические телескопы подтвердили, что речь идет именно о разрушении звезд черными дырами, а не о вспышках иной природы.

Все зафиксированные события случились в радиусе 7 млрд световых лет от Земли. В таком объеме пространства находится солидное количество галактик. Специалисты рассчитали: если за полгода все эти черные дыры поглотили только 13 звезд, значит, в каждой галактике подобное происходит примерно раз в сто тысяч лет.

Божьи мельницы: как было открыто вращение самых больших структур во Вселенной

Интересно, что это примерно в десять раз реже, чем получалось по предыдущим оценкам. Однако, последние были основаны на наблюдениях в оптические, а не рентгеновские телескопы. Возможно, говорят исследователи, рентгеновское излучение от TDE наблюдается гораздо реже, чем видимый свет. Но так или иначе, разрушения звезд черными дырами остаются редкими птицами на космических просторах.

Впрочем, авторы полагают, что пока они зафиксировали лишь самые мощные и близкие из таких событий. Астрономы надеются снизить порог обнаружения TDE вдвое, когда eRosita подкопит данных. И тогда, прогнозируют исследователи, многолетние наблюдения «Спектра-РГ» позволят обнаружить до 700 таких событий — примерно в 15 раз больше, чем сейчас известно всей мировой астрономии.

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора

Лунные деревья, дети астронавтов и редис на SpaceX: 10 фотографий о том, как люди побывали в космосе