Обнаружены три возможных убийства звезд черными дырами

По современным представлениям в центрах галактик находятся объекты с массами, превышающими сотни тысяч масс Солнца. Эти объекты, обладающие огромными гравитационными силами, получили название «сверхмассивные черные дыры». Так, оценки показывают, что в центре нашей Галактики находится сверхмассивная черная дыра массой около четырех миллионов масс Солнца.

При прохождении звезды достаточно близко от сверхмассивной черной дыры приливные силы способны разрушить ее. При этом часть звездного вещества (обычно около четверти от массы звезды) падает на черную дыру, порождая мощное излучение в широком диапазоне частот. Остальное выбрасывается в космос. Это процесс очень интересен для астрофизики, поскольку позволяет объяснить природу некоторых очень мощных источников ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Кроме того, усиление термоядерных процессов в разогреваемой деформацией звезде приводит к взрыву, в котором, как и при взрывах сверхновых, происходит образование тяжелых элементов, которые затем рассеиваются по галактике. Именно из них потом возникают планеты, подобные Земле. 

Явление это достаточно редкое и происходит в каждой галактике не чаще одного раза в 10 тысяч лет. Поэтому для его обнаружения нужна тщательная обработка огромного материала, получаемого в результате регулярных наблюдений за тысячами галактик. В этом случае оценки показывают, что можно ожидать обнаружения примерно одного события каждые два года.

Ильдар Хабибуллин и Сергей Сазонов из Института космических исследований РАН и МФТИ использовали данные, полученные рентгеновскими орбитальными обсерваториями ROSAT и XMM-Newton. Первый из этих двух спутников был выведен на орбиту в 1990 году и проработал до 1999, когда приступил к работе XMM-Newton. Вместе оба аппарата позволили собрать достаточно информации для того, чтобы можно было выявить столь редкие события, как разрушения звезд сверхмассивными черными дырами.

Однако проблема заключается в том, что необходимо отличить рентгеновское излучение этого процесса от рентгеновских источников других типов. Поскольку мощные всплески излучения возникают в самых разных астрофизических процессах, задача поиска разрушаемых черными дырами звезд оказывается достаточно сложной.

Ученые разработали ряд методов, позволяющих определять нужные им события. Самый простой способ избавиться от посторонних сигналов — исключить вспышки в нашей Галактике — у нас всего одна сверхмассивная черная дыра в центре Млечного пути и на периферии заведомо нет звезд, которые могли бы стать жертвами ее гравитации. Исследователи также исключали слишком большие по угловому размеру источники и те объекты, спектр которых явно не соответствовал искомому событию

Но самый главный фактор – зависимость яркости рентгеновского источника от времени. Черной дыре достаточно от одного до нескольких лет, чтобы поглотить захваченное вещество разрушенной звезды, после чего интенсивность излучения должна сильно уменьшиться. Таким образом, повторные наблюдения рентгеновских источников подобной природы  через десять лет обязаны выявить многократное уменьшение их яркости. По результатам сканирования неба за 25 лет в 1990-е и 2000-е годы исследователи отобрали объекты, яркость которых снизилась более чем в десять раз. В ходе предварительного отбора выявили 21 объект для рассмотрения в качестве кандидата на рассматриваемое явление.

Итогом анализа стал список из трех рентгеновских источников, которые возможно связаны с приливным разрушением звезд сверхмассивными черными дырами в центрах галактик. Еще один объект, по словам исследователей, может быть разорванной на части звездой, но собранная статистика не дает возможности столь уверенно отличить его от активного ядра далекой галактики. 

Новые данные позволяют предположить, что разрушения звезд вблизи черных дыр происходят с частотой примерно один случай на тридцать тысяч лет в пределах одной галактики, что достаточно хорошо согласуется с аналогичными оценками, получаемыми по наблюдениям в оптическом и ультрафиолетовом диапазоне.

Неопределенность оценок, однако, достаточно велика, поскольку они основаны на очень малом числе событий. Всего на данный момент обнаружено различными методиками и в разных спектральных диапазонах не более двух десятков надежных кандидатов. Ожидается, что значительного прогресса в этом направлении удастся достигнуть с запуском в 2016 году космической обсерватории Спектр-Рентген-Гамма. Она будет оснащена двумя рентгеновскими телескопами в мягком (российско-германский прибор eROSITA) и жестком (российский ART-XC) рентгеновских диапазонах. С их помощью в течение четырех лет будет последовательно проведено восемь новых обзоров всего неба в рентгеновских лучах. При этом чувствительность каждого «снимка» в несколько раз превзойдет предыдущий обзор всего неба обсерватории ROSAT.

Результаты работы приведены в статье, которая принята к публикации журналом Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (электронный препринт доступен на сайте arXiv.org).

По материалам МФТИ  

Видеоролик по одному из сценариев приливного разрушения звезд сверхмассивными черными дырами в центрах галактик