Астрономы впервые в подробностях увидели, как чёрная дыра разрывает звезду

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.

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".

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.