“Что-то экстраординарное”. Черная дыра направила мощное излучение к Земле
1 декабря 2022 8:47
Необычайно яркий луч света, возникший в результате древнего космического катаклизма, дошел до Земли спустя восемь миллиардов лет. Почему астрономы называют это событие уникальным — в материале РИА Новости.
Квадриллион солнц
Первыми вспышку в космосе зафиксировали цифровые камеры Zwicky Transient Facility (ZTF). Эта система, действующая на базе Паломарской обсерватории (Калифорния, США), постоянно мониторит северную часть неба. По грубым подсчетам, обнаруженный источник излучал в квадриллион раз больше света, чем Солнце.
На объект (это было в феврале) тут же направили более 20 крупных астрофизических приборов, включая Очень большой телескоп (ОБТ) в Чили, а также орбитальный телескоп “Хаббл”. Излучение измеряли во всех диапазонах электромагнитного спектра.
Выяснилось, что это результат релятивистского джета — очень горячей струи вещества, движущейся почти со скоростью света.
Мощные коллимированные (то есть чрезвычайно узкие) выбросы вещества возникают по разным причинам. Их необычайная яркость объясняется эффектом Доплера — направленная непосредственно на наблюдателя светимость кажется сильнее, чем если бы на нее смотрели со стороны.
Благодаря современным средствам наблюдения ученые узнают все больше о подобных выбросах энергии в космосе. К ним относятся среди прочего блазары, гамма-всплески, килоновые, так называемые LFBOT (“светящиеся быстрые синие оптические транзиенты”).
© NASA and The Hubble Heritage Team
Изображение релятивистской струи, сделанное телескопом “Хаббл” (не связано с событием AT2022cmc). Вторая струя существует, но не наблюдаема в оптическом диапазоне
Все эти явления отличаются как по характеристикам, так и по происхождению (например, для килонового всплеска должны столкнуться две нейтронные звезды или нейтронная звезда с черной дырой).
Подобных астрономических нерегулярно-переменных объектов — около сотни. Но недавнее событие, которому присвоили код AT2022cmc, выделяется среди них.
“Безумное пожирание”
Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) изучили вспышку с помощью рентгеновского телескопа NICER на зенитном борту Международной космической станции. Ожидали гамма-всплеск, возникающий при коллапсе массивных звезд и уже вошедший в городскую мифологию в качестве страшилки (впрочем, не лишенной научного основания: по одной из версий, без малого полмиллиарда лет назад это привело к массовому вымиранию на планете). Однако обнаружили нечто гораздо более масштабное.
“Это конкретное событие в сто раз мощнее, чем послесвечение самого интенсивного гамма-всплеска, — говорит один из авторов исследования Дирадж Пашам. — Нечто совершенно экстраординарное”.
Как считают в Европейской южной обсерватории — операторе ОБТ — по параметрам AT2022cmc больше всего похож на так называемое событие приливного разрушения (TDE) с релятивистскими струями.
TDE происходит, когда звезда под действием гравитации разрывается сверхмассивной черной дырой, подвергаясь “спагеттификации”. Газ и плазма уничтоженного небесного тела образуют вокруг черной дыры яркий аккреционный диск, а часть вещества звезды (примерно процент) “выстреливает” перпендикулярно плоскости этого диска в обе стороны. При этом угол раскрыва потока очень острый — всего несколько градусов.
За всю историю наблюдений ученые зарегистрировали лишь несколько TDE. Это экзотическое и плохо изученное явление, отмечает Ниал Танвир из британского Университета Лестера. Первое TDE с доплеровским усилением зафиксировали в 2011-м, а февральское стало всего четвертым.
Пока наиболее изучено событие Swift J1644+572-5. AT2022cmc намного ярче, видно в ультрафиолетовом и даже оптическом диапазоне. По мнению ученых из MIT, это из-за небывалой скорости струи — джет разогнался до 99,99 процента скорости света.
Еще один рекорд — удаленность. Фотоны, выброшенные в результате пожирания звезды черной дырой, летели до Земли 8,5 миллиарда световых лет. То есть событие AT2022cmc хронологически ближе к Большому взрыву (13,8 миллиарда лет назад), чем к нам.
Изучение таких феноменов помогает ученым лучше понять, как возникли галактики. Они образовались в первый миллион лет после Большого взрыва — довольно быстро по астрономическим меркам. Ключевую роль в этом сыграли сверхмассивные черные дыры. Судя по новому объекту, они насыщались веществом стремительно — Пашам говорит о “безумии гиперпоедания”.
“Вероятно, скорость поглощения — половина массы Солнца в год. Мы уловили приливное разрушение в самом начале, в течение одной недели после того, как черная дыра начала питаться звездой” — такие слова астрофизика приводит пресс-релиз.
Тюбик зубной пасты
В 1970-х автор термина “черная дыра” физик Джон Уилер объяснял возникающие в результате TDE джеты сравнением с тюбиком зубной пасты, который слишком сильно сжимают посередине, выдавливая содержимое с обоих концов.
Однако до сих пор было неясно, почему частицы внутри джетов так разгоняются.
В конце ноября международная команда ученых объявила, что нашла ответ на эту загадку. Исследователи сосредоточили внимание на блазаре Маркарян 501 — активной галактике в созвездии Геркулеса, релятивистский джет которой направлен в сторону Земли. Использовав данные наземных и орбитальных телескопов, включая запущенную в декабре 2021-го рентгеновскую лабораторию IXPE, ученые измерили излучение блазара в различных диапазонах.
Результаты сравнили с теоретическими моделями и пришли к выводу, что энергию частицам придает ударная волна, возникающая, когда что-то движется быстрее скорости окружающего вещества. Подобное можно наблюдать на Земле при преодолении самолетом звукового барьера.
Механизм образования самой ударной волны точно не известен. Возможно — столкновение частиц высоких энергий внутри джета или резкое изменение давления на его границе. Как объясняет один из авторов исследования Алан Маршер из Бостонского университета, по мере движения ударной волны магнитное поле усиливается, а энергия частиц повышается.
Ученые ожидают, что новые телескопы, которые скоро введут в эксплуатацию, позволят увидеть больше TDE, а это поможет лучше понять “гастрономические привычки” черных дыр и способ производства релятивистских джетов.
