Квазипериодические рентгеновские вспышки объяснили частичным разрушением звезды сверхмассивной черной дырой

Астрономы обнаружили новый источник квазипериодических рентгеновских вспышек в центре маломассивной и относительно близкой галактики. Его свойства говорят в пользу идеи о том, что подобные события можно объяснить частичным разрушением звезд сверхмассивными черными дырами в центрах галактик. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Квазипериодические рентгеновские вспышки (quasi-periodic eruptions, QPE), открытые в 2019 году, наблюдаются в ядрах галактик малой массы, содержащих сверхмассивные черные дыры. Они представляют собой быстрые всплески рентгеновского излучения, которые могут повторяться с периодом от нескольких часов до почти суток. Механизмы их генерации остаются предметом споров. Текущие теоретические модели включают в себя нестабильности аккреционного диска вокруг черной дыры, события гравитационного линзирования в двойной черной дыре или события приливного разрушения звезды сверхмассивной черной дырой. Выделяют также периодические ядерные транзиенты (Periodic Nuclear Transient, PNT) с гораздо более длительными временными масштабами, которые связываются с частичным разрушением звезд главной последовательности черной дырой. Четкой связи между этими классами вспышечных событий пока не установлено.

Группа астрономов во главе с Филом Эвансом (Phil Evans) из Школы физики и астрономии Университета Лестера сообщила о случайном открытии нового источника квазипериодических рентгеновских вспышек Swift J023017.0+283603. Его заметили во время наблюдений за сверхновой SN 2021afk 22 июня 2022 года в галактике 2MASX J02301709+2836050, находящейся примерно в 500 миллионах световых лет от Млечного Пути. В дальнейшем за источником, который оказался в центре галактики, недалеко от вспыхнувшей в 2020 году сверхновой типа II SN 2020rht, наблюдали Северный оптический телескоп и Ливерпульский телескоп.

Первоначальная вспышка мягкого рентгеновского излучения продолжалась в течение четырех дней. Восемь последующих вспышек наблюдались с интервалом 25 суток и характеризовались длительностью 10–15 суток. Пятая по счету вспышка была либо очень длительная (до 32 суток), либо состояла из двух более слабых вспышек. Пиковая рентгеновская светимость вспышек составляла 4×10⁴² эрг в секунду. Оптической переменности источника не наблюдалось.

По мнению ученых, наиболее вероятным объяснением вспышек является почти периодический приток вещества (около 10^-5 массы Солнца) в аккреционный поток к сверхмассивной черной дыре в центре галактики. Предполагается, что одна или несколько звезд взаимодействуют со сверхмассивной черной дырой и подпитывают ее веществом. Поток также может создаваться из-за взаимодействия двух звезд на орбите вокруг черной дыры. Еще одна возможная модель — событие частичного приливного разрушения, при котором звезда на сильно вытянутой орбите теряет часть своей внешней оболочки при каждом прохождении перицентра из-за приливных сил черной дыры.

В случае Swift J023017.0+283603 и модели частичного приливного разрушения оценка массы черной дыры составляет двести тысяч масс Солнца, а звезда будет сравнима с Солнцем. Таким образом, это может быть промежуточный тип событий между явлениями типа QPE и PNT, которые тоже объяснимы в рамках частичного приливного разрушения звезд на вытянутой орбите вокруг сверхмассивной черной дыры. В первом случае это может быть белый карлик и черная дыра с массой 10⁵ масс Солнца, а во втором — звезда главной последовательности и черная дыра с массой 10⁷ масс Солнца.

Ранее мы рассказывали о том, как телескоп Gaia отыскал кандидата в спящую черную дыру в рекордно широкой двойной системе.