Спагетти по-звёздному

Прежде чем «съесть» неосторожную звезду, чёрная дыра делает из неё спагетти – которые, если повезёт, можно увидеть в земные телескопы.

В прошлом году астрофизики зафиксировали мощнейшую – в триллионы раз ярче Солнца – вспышку, которую сначала приняли за очень сильный взрыв сверхновой. Эта вспышка получила название “ASASSN-15lh” в честь Автоматического Поиска Сверхновых (All-Sky Automated Survey for SuperNovae) и произошла на расстоянии 4 миллиардов световых лет от нашей планеты. Однако более детальный анализ показал, что интенсивная вспышка пришла от звезды с гораздо более экзотической судьбой: звезда погибла от так называемой спагеттизации (или «эффекта лапши») при встрече со сверхмассивной чёрной дырой.

Вспышка сверхновой – этап в жизни некоторых звёзд, когда вещество с оболочки звезды «взрывается» и таким образом выбрасывается в межзвёздное пространство. При этом, в зависимости от первоначальной массы, сверхновая становится либо нейтронной звездой, либо чёрной дырой.

Международная команда астрофизиков собирала данные от нескольких наземных и космических телескопов, включая Европейскую южную обсерваторию  в пустыне Атакама в Чили и Hubble, на протяжении 10 месяцев, и в ходе наблюдений удалось выяснить, что звезда прошла через три различных стадии, которые не похожи на типичные вспышки суперновых. Обычно излучение, испускаемое при таком взрыве, поначалу очень интенсивное, а потом затухает. В случае же ASASSN-15lh ультрафиолетовое и тепловое излучение звезды, наоборот, нарастало по времени. Такой режим свечения больше характерен для приливного разрыва из-за близости чёрной дыры.

Приливные силы действуют на любое тело, движущееся в неоднородном гравитационном поле. Они возникают из-за неравномерного воздействия гравитации: более близкая к источнику силы притяжения часть объекта притягивается сильнее, чем более дальняя. Потому, например, мы и можем наблюдать высокие и низкие приливы – характер прилив зависит от того, насколько близок океан к Луне; более того, приливные силы могут стать причиной переориентации полюсов планеты, как в случае с Плутоном.

Чёрные дыры за счёт своей огромной массы создают сильную приливную силу и растягивают объекты, которые подходят на расстояние «приливного» радиуса. Отсюда и название – спагеттизация, или приливный разрыв. «Любая звезда, которая оказалась достаточно близко к сверхмассивной чёрной дыре, полностью разрушается под воздействием приливных сил», поясняет руководитель проекта, астрофизик Гиоргос Лелудас из Института Вайцмана в Израиле и Центра тёмной космологии в Дании.

Сверхмассивные чёрные дыры отличаются от обычных тем, что из-за огромной массы их горизонт событий находится очень далеко от сигнулярности, поэтому спагеттизация происходит обычно уже внутри такой чёрной дыры. Но, как показали расчёты астрофизиков, приливный радиус для звезды сопоставимой с Солнцем и сверхмассивной чёрной дыры с массой <10⁸ масс Солнца лежит снаружи горизонта событий, если дыра быстро вращается.

Более того, по мнению Гиоргоса Лелудаса, на спагеттизацию указывает также и то, что звезда жила в «красной и мёртвой» галактике, а не в одной из «оживлённых синих» галактик, где до сих пор активно происходит активное рождение новых звёзд: «Обычно мы наблюдаем вспышки сверхновых в очень синих, то есть звездообразующих галактиках, полных молодых и массивных звёзд, от которых можно ожидать взрыва. В данном случае галактика красная, мёртвая и очень массивная, и в ней вряд ли найдутся звёзды, способные к вспышке сверхновой».

Напомним, что разделение галактик по «цветам» происходит на основе их светимости. Процессы, протекающие в галактике, определяют её спектр излучения. Спиральные галактики, полные газа и молодых звёзд, испускают излучение высокой энергии, вплоть до рентгеновского спектра. Более «взрослые» эллиптические галактики, в которых живут более «зрелые» звёзды, обычно излучают в более красном спектре.

Таким образом, наиболее вероятный сценарий выглядит так: звезда забрела слишком близко к вращающейся сверхмассивной чёрной дыре в центре галактики и приливные силы разорвали её на составляющие газы в процессе так называемого приливного разрушения (здесь было бы уместным выражение «порвать как Тузик грелку», но в более астрофизической версии –«развермишелить как сверхмассивная чёрная дыра звезду».)

Газовые «спагетти» сформировали аккреционный диск вокруг дыры, разогреваясь и испуская неимоверное количество света и радиации по мере погружения за горизонт событий – примерно так, как происходит на этом видео. Астрофизики считают, что в таких процессах испускается огромное количество света, что и было зафиксировано телескопами. Если их предположения верны, то в центре той галактики находится вращающаяся сверхмассивная чёрная дыра массой в 100 миллионов раз масс Солнца.

Полностью результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.