Новые факты о черной дыре
Астрономы занимаются изучением процесса, когда сверхмассивные черные дыры разрывают близко проходящие звезды, а особенно свет от этих «приливных срывов» (TDEs).
Новые наблюдения TDE под руководством астрономов Калифорнийского университета в Санта-Крус представляют собой четкие доказательства того, что обломки звезды образуют вращающийся диск, называемый аккреционным диском, вокруг черной дыры. Теоретики обсуждают, может ли аккреционный диск эффективно формироваться во время приливного разрушения, и вот новые результаты, принятые для публикации в Astrophysical Journal и доступные в Интернете, должны помочь решить этот вопрос, согласно словам первого автора Тиары Хунг, научного сотрудника Калифорнийского университета в Санта-Крус.
«В классической теории вспышка TDE приводится в действие аккреционным диском, производящим рентгеновское излучение из внутренней области, где горячий газ по спирали попадает в черную дыру», — сказал Хунг. «Но для большинства TDE мы не видим рентгеновские лучи — они в основном светят в ультрафиолетовых и оптических волнах — поэтому было высказано предположение, что вместо диска мы наблюдаем выбросы от столкновения потоков звездных обломков.. «
Соавторы Энрико Рамирес-Руис, профессор астрономии и астрофизики UCSC, и Джейн Дай из университета Гонконга разработали теоретическую модель, опубликованную в 2018 году, которая может объяснить, почему рентгеновские лучи обычно не наблюдаются в TDE, несмотря на формирование аккреционного диска. Новые наблюдения обеспечивают сильную поддержку этой модели.
«Это первое твердое подтверждение того, что аккреционные диски образуются в этих событиях, даже когда мы не видим рентгеновские лучи», — сказал Рамирес-Руис. «Область, близкая к черной дыре, закрыта оптически толстым ветром, поэтому мы не видим рентгеновское излучение, но видим оптический свет от вытянутого эллиптического диска».
Свидетельство аккреционного диска получено из спектроскопических наблюдений. Соавтор Райан Фоули, доцент кафедры астрономии и астрофизики в UCSC, и его команда начали мониторинг TDE (названного AT 2018hyz) после того, как он был впервые обнаружен в ноябре 2018 года с помощью All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN). Фоли заметил необычный спектр, наблюдая TDE на 3-метровом телескопе Шейна в обсерватории Лик Калифорнийского университета в ночь на 1 января 2019 года.
Фоли объяснил, что двойной пик в спектре является результатом эффекта Доплера, который изменяет частоту света, излучаемого движущимся объектом. В аккреционном диске, вращающемся по спирали вокруг черной дыры и рассматриваемом под углом, часть материала будет двигаться к наблюдателю, поэтому излучаемый им свет будет смещен на более высокую частоту, а часть вещества будет двигаться от наблюдателя и его свет сместился на более низкую частоту.
«Это тот же эффект, который заставляет звук автомобиля на гоночной трассе смещаться с высокого звука, когда автомобиль приближается к вам, на более низкий звук, когда он проходит и начинает удаляться от вас, — сказал Фоули. «Если вы сидите на трибуне, машины на одном повороте все движутся к вам, а автомобили на другом повороте — от вас. В аккреционном диске газ движется вокруг черной дыры аналогичным образом, и это то, что дает два пика в спектре «.
Команда продолжала собирать данные в течение следующих нескольких месяцев, наблюдая TDE с помощью нескольких телескопов по мере его развития с течением времени. Хунг провел подробный анализ данных, который указывает на то, что формирование диска произошло относительно быстро, в течение нескольких недель после разрушения звезды. Полученные данные свидетельствуют о том, что образование диска может быть обычным явлением среди оптически обнаруживаемых TDE, несмотря на редкость излучения с двумя пиками, которое зависит от таких факторов, как наклон диска относительно наблюдателей.
«Я думаю, нам повезло с этим «, — сказал Рамирес-Руис. «Наше моделирование показывает, что-то, что мы наблюдаем, очень чувствительно к наклону. Существует предпочтительная ориентация, чтобы увидеть эти двухпиковые особенности, и другая ориентация, чтобы увидеть рентгеновское излучение».
Он отметил, что Проведенный Хунг анализ многоволновых последующих наблюдений, включая фотометрические и спектроскопические данные, дает беспрецедентное понимание этих необычных событий. «Когда у нас есть спектры, мы можем многое узнать о кинематике газа и получить более четкое представление о процессе аккреции и о том, что вызывает выбросы», — сказал Рамирес-Руис.