Ученые впервые зафиксировали признаки уничтожения звезд, которые были поглощены сверхмассивными черными дырами в процессе приливного разрушения. Ранее недоступные для наблюдений, эти явления стали видимыми благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб».
Результаты исследования, в Astrophysical Journal Letters, раскрывают новые данные о поведении активных и спящих черных дыр, а также демонстрируют уникальные возможности телескопа в изучении космических катастроф, которые раньше оставались скрытыми от наблюдений.
Загадки звезд, поглощенных черными дырами
Начиная с 1990-х годов, астрономы зафиксировали около сотни приливных разрушений — явлений, при которых звезда, сблизившись на критическое расстояние с черной дырой в центре галактики, подвергается разрушению под воздействием огромной силы тяжести. Ранее такие события фиксировались преимущественно в галактиках с низкой плотностью пыли, позволяющих наблюдать их по вспышкам рентгеновского или оптического излучения. Предполагалось, что в галактиках с большим количеством пыли происходит гораздо больше аналогичных событий, которые не поддавались обнаружению с помощью обычных способов.
Предыдущие исследования, проведенные учеными из Массачусетского технологического института, Колумбийского университета и других организаций, показали, что пыль, препятствующая прохождению оптического и рентгеновского излучения, способна нагреваться под его воздействием, что приводит к инфракрасному свечению. В рамках нового исследования ученые использовали инфракрасные возможности телескопа «Джеймс Уэбб» для выявления подобных скрытых сигналов в четырех галактиках, где ранее были зафиксированы признаки приливных взаимодействий.
Пробуждение спящих черных дыр
На последующем этапе исследователи направили телескоп на области, где, как предполагается, произошли приливные разрушения, и зафиксировали выраженные спектральные признаки аккреции — явления, при котором остатки звезды начинают вращаться вокруг черной дыры и в конечном итоге поглощаются ею.
Обнаружены редкие инфракрасные линии излучения, которые возникают вследствие выбивания электронов из атомов неона радиацией, исходящей от аккреционного диска. Данное явление наблюдается только при наличии активности черных дыр.
«Только аккреция черной дыры способна разогреть газ до таких высоких энергий, поскольку во Вселенной нет других процессов, способных на это », — как пояснила ведущий автор исследования Меган Мастерсон, аспирантка Kavli Institute for Astrophysics and Space Research при MIT.
Наблюдения, проведенные телескопом «Джеймс Уэбб», выявили пылевые образования, нетипичные для активных галактик, в которых черные дыры непрерывно аккрецируют материю. Данный признак свидетельствует о том, что эти черные дыры находились в неактивном состоянии в течение длительного периода, пока звезда не приблизилась к ним на опасное расстояние.
От предположений к подтвержденным открытиям
Используя данные, собранные миссией NEOWISE, которые включали десятилетние инфракрасные наблюдения, исследователи ранее определили ряд потенциальных кандидатов в приливные разрушения. Телескоп «Джеймс Уэбб» подтвердил четыре из них, в том числе ближайшее зарегистрированное событие такого типа — расположенное всего в 130 миллионах световых лет.
«Имеющиеся у нас данные – это четыре наиболее убедительных доказательства. Наблюдения, сделанные телескопом JWST, окончательно подтвердили, что это действительно приливные разрушения », — заявила Мастерсон.
Одно из явлений было связано с рентгеновским излучением, другое первоначально идентифицировали как сверхновую, а третье, скорее всего, вызвано газом, движущимся с колоссальной скоростью вокруг черной дыры.
Новый инструмент для изучения черных дыр
Ученые переосмыслили поведение черных дыр в пылевых галактиках, выявив разницу между временным притоком вещества при приливном разрушении и постоянным поглощением вещества активным ядром. В дальнейшем исследователи намерены продолжить поиск с использованием телескопов «Джеймс Уэбб», NEOWISE и других инфракрасных приборов.
Астрономы планируют наблюдать за процессом приливного разрушения в течение месяцев или лет, чтобы глубже изучить его особенности.
«Мастерсон отметила, что поглощение звезды черной дырой — это не мгновенное явление. Ученые стремятся установить, сколько времени этот процесс занимает и какова среда вокруг ».
Несмотря на это, значительная часть деталей этих разрушительных событий пока не выяснена.
«Точные подробности остаются неизвестными, поскольку изучение только началось », — признала исследовательница.