Учёные обнаружили сверхмассивную чёрную дыру, которая разорвала одну звезду и теперь использует её остатки, чтобы уничтожить другую звезду или меньшую чёрную дыру, которая раньше «была в безопасности». Это открытие, сделанное с помощью рентгеновской обсерватории Chandra, космического телескопа Hubble, NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer), обсерватории Neil Gehrels Swift и других телескопов, помогает астрономам связать два события, где ранее были только намеки на связь.
В 2019 году астрономы стали свидетелями звезды, которая оказалась слишком близко возле чёрной дыры и была уничтожена её гравитационными силами. После того, как звезда была разорвана, её остатки образовали диск, который вращается вокруг чёрной дыры. Однако за несколько лет этот диск расширился и теперь находится прямо на пути другой звезды или, возможно, чёрной дыры звёздной массы, вращающейся вокруг массивной чёрной дыры на ранее безопасном расстоянии.
Эта вращающаяся звезда теперь примерно раз в 48 часов врезается в диск обломков. Когда это происходит, столкновение вызывает вспышки рентгеновского излучения, которые астрономы зафиксировали с помощью Chandra.
Учёные задокументировали множество случаев, когда объект приближался слишком близко к чёрной дыре и разрывался на части. Астрономы называют это «событиями приливного разрушения». В последние годы астрономы также открыли новый класс ярких вспышек из центров галактик, которые обнаруживаются только в рентгеновском диапазоне и повторяются много раз. Эти события также связаны со сверхмассивными чёрными дырами, но астрономы не смогли объяснить, что вызвало полурегулярные всплески рентгеновских лучей. Они назвали их «квазипериодическими извержениями».
«Были предположения, что эти явления связаны, и теперь мы обнаружили доказательства того, что это так. Это как получить два космических результата по цене одного в плане изучения тайн», — сказал соавтор исследования Дхирадж Пашам из Массачусетского технологического института.
Это приливное событие, названное AT2019qiz, было впервые обнаружено широкоугольным оптическим телескопом в Паломарской обсерватории, как Zwicky Transient Facility, в 2019 году. В 2023 году астрономы использовали Chandra и Hubble для изучения обломков, оставшихся после окончания приливного нарушения.
Данные Chandra были получены в ходе трёх различных наблюдений, каждое из которых было разделено на 4–5 часов. Общая экспозиция составила около 14 часов времени. Chandra выявила только слабый сигнал в первом и последнем фрагменте, но очень сильный сигнал в середине наблюдения. Затем ведущий автор исследования, Мэтт Николл из Университета Квинс в Белфасте (Великобритания) и его коллеги использовали NICER, чтобы наблюдать чаще AT2019qiz на предмет повторяющихся рентгеновских всплесков. Данные NICER показали, что AT2019qiz извергается примерно каждые 48 часов. Наблюдения с телескопа Swift и индийского телескопа AstroSat подтвердили это открытие.
Данные с «Хаббла» в ультрафиолетовом диапазоне, полученные одновременно с наблюдениями «Чандра», позволили определить размер диска вокруг сверхмассивной чёрной дыры. Учёные обнаружили, что диск стал достаточно большим, и если какой-либо объект вращался вокруг чёрной дыры с периодом около недели или меньше, то он бы столкнулся с диском и вызвал извержения.
«Это большой прорыв в нашем понимании происхождения этих регулярных извержений. Теперь мы понимаем, что нам нужно подождать несколько лет, чтобы извержения «включились» после того, как звезда была разрушена, потому что требуется некоторое время, чтобы диск достаточно расширился, чтобы столкнуться с другой звездой», — сказал Эндрю Маммери из Оксфордского университета.
Результат имеет значение для поиска большего количества квазипериодических извержений, связанных с приливными нарушениями. Обнаружение большего количества таких извержений позволит астрономам измерить распространённость и расстояния до объектов на близких орбитах вокруг сверхмассивных чёрных дыр. Некоторые из них могут быть хорошими целями для будущих гравитационно-волновых обсерваторий.