Астрономы обнаружили радиосигналы от черной дыры, поглощающей звезду

Основываясь на теоретических моделях эволюции черных дыр и наблюдениях далеких галактик, астрономы имеют общее понимание того, что происходит во время так называемого события приливного разрушения: когда звезда проходит близко к черной дыре, гравитация черной дыры генерирует приливные силы на звезде, подобно тому, как Луна возбуждает приливы на Земле.

Гравитационные силы черной дыры настолько огромны, что они могут разрушить звезду, растягивая и сплющивая ее, и в конечном итоге разрывают звезду на части. В результате остатки звезды попадают в аккреционный диск — вихрь космического материала, который в конце концов попадает в черную дыру.

Весь этот процесс генерирует колоссальные всплески энергии по электромагнитному спектру.

Астрономы наблюдали эти всплески в оптических, ультрафиолетовых и рентгеновских полосах, а также иногда в радиоволнах.

Источник рентгеновских излучений считается ультрахолодным материалом в самых внутренних областях аккреционного диска, которые вот-вот упадут в черную дыру. Оптические и ультрафиолетовые излучения, вероятно, возникают из материала, оставшегося на диске, который в конечном итоге будет втянут в черную дыру.

Тем не менее, вопрос о том, что вызывает радиоизлучение, до сих пор обсуждается.

«Мы знаем, что радиоволны исходят от высоко энергетеческих электронов, движущихся в магнитном поле, — это хорошо налаженный процесс, — сказал исследователь Массачусетского технологического института д-р Дерай Пашам.

«Были дебаты, откуда берутся эти электроны высокой энергии?»

11 ноября 2014 года автоматизированная съемка сверхновых (ASASSN) обнаружила вспышку от приливного распада в центре PGC 43234, галактике, которая находиться на расстоянии примерно 290 миллионов световых лет. Вскоре после открытия несколько электромагнитных телескопов сосредоточились на событии, получившем название ASASSN-14li.

Д-р Пашем и его коллега, д-р Сиерт Ван Вельцен из Университета Джона Хопкинса и Нью-Йоркского университета, просмотрели данные, записанные в ASASSN-14li.

Они изучили скомпилированные радиоданные и обнаружили явное сходство с шаблонами, которые они ранее наблюдали в рентгеновских данных о событии.

Когда они расположили радиоданные поверх рентгеновских данных и переместили их вокруг, чтобы сравнить их сходства, они обнаружили, что наборы данных были наиболее похожи, с 90% сходства, когда были сдвинуты на 13 дней. То есть те же флуктуации в рентгеновском спектре появились через 13 дней в радиодиапазоне.

” Единственный способ, которым может произойти соединение, — это если есть физический процесс, который каким-то образом связывает поток аккреции, производящий рентгеновские лучи, с радиопроизводящим регионом»,-сказал д-р Пашам.

Исходя из этих же данных, группа подсчитала, что размер рентгеновской излучающей области примерно в 25 раз превышает размер Солнца, в то время как радиоизлучающая область примерно в 400 000 раз превышает радиус солнца.

“Это не совпадение, то что это происходит. Очевидно, что существует причинная связь между этим небольшим регионом, производящим рентгеновские лучи, и большим регионом, производящим радиоволны”, — отметил д-р Пашам.

Авторы предполагают, что радиоволны создавались струей частиц высоких энергий, которая начала вытекать из черной дыры ASASSN-14li вскоре после того, как черная дыра начала поглощать материал из взорвавшейся звезды.

Поскольку область струи, в которой эти радиоволны впервые были сформированы, была невероятно плотной (плотно заполненной электронами), большинство радиоволн были немедленно поглощены другими электронами.

Только когда электроны двигались вниз по течению от струи, радиоволны могли ускользнуть от них — производя сигнал, который команда в конечном итоге обнаружила.

«Таким образом, сила струи должна контролироваться скоростью аккреции или скоростью, с которой черная дыра поглощает рентгеновские излучающие звездные остатки», — говорят ученые.

В конечном счете, результаты могут помочь астрономам лучше охарактеризовать физику поведения струи — существенный ингредиент в моделировании эволюции галактик.

«Считается, что галактики растут, производя новые звезды, процесс, который требует очень низких температур», — сказал доктор Пашам.

«Когда черная дыра испускает струю частиц, она, по сути, нагревает окружающую галактику, временно останавливая звездное производство. Наше новое представление о возникновении струй и аккреции черных дыр может помочь упростить модели эволюции галактики».

«Если скорость, с которой черная дыра поглощает вещество, пропорциональна скорости, с которой она откачивает энергию, и если это действительно работает для каждой черной дыры, это простой рецепт, который вы можете использовать в моделировании эволюции галактики».

Больше информации: Dheeraj R. Pasham & Sjoert van Velzen. 2018. Discovery of a Time Lag between the Soft X-Ray and Radio Emission of the Tidal Disruption Flare ASASSN-14li: Evidence for Linear Disk–Jet Coupling. ApJ 856, 1; doi: 10.3847/1538-4357/aab361