Астрономы отыскали экстремально яркие события разрыва звезд сверхмассивными черными дырами

Астрономы описали класс рекордно ярких транзиентов, которые представляют собой события приливного разрушения очень массивных звезд сверхмассивными черными дырами. Пока что обнаружено три представителя экстремальных ядерных транзиентов, которые в несколько раз ярче, чем любые вспышки сверхновых. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Активность сверхмассивных черных дыр в центрах галактик может проявляться по-разному. В случае квазаров идет непрерывная аккреция вещества на черную дыру, а в случае различного рода вспышечных процессов, таких как быстрое «пробуждение» черных дыр, квазипериодических вспышек или событий приливного разрушения, имеет место процесс полного или частичного поглощения черной дырой оказавшейся вблизи нее звезды или газового облака. Большинство событий приливного разрушения связаны с разрывом черными дырами звезд главной последовательности массой от 0,5 до 2 масс Солнца, тем не менее, предполагается существование популяции подобных явлений для более массивных звезд.

Группа астрономов во главе с Джейсоном Хинклем (Jason Hinkle) из Института астрономии Гавайского университета сообщила об обнаружении нового класса событий приливного разрушения, которые по энерговыделению превосходят любые другие транзиенты. Их назвали экстремальными ядерными транзиентами (ENT). Первоначально ученые провели поиск вспышечных событий с большой яркостью, плавной кривой блеска и временной шкалой эволюции на уровне года в данных космического телескопа Gaia, который дал два события класса ENT — Gaia16aaw (или AT2016dbs) и Gaia18cdj (или AT2018fbb). Затем в новый класс включили ранее описанную «Страшную Барби» (или ZTF20abrbeie) — так ученые назвали случай предполагаемого разрушения молекулярного облака сверхмассивной черной дырой. В ходе анализа исследователи также использовали данные спектроскопических и фотометрических наблюдений с ряда наземных и космических телескопов.

Кривые блеска событий типа ENT характеризуются медленным (более ста дней) увеличением светимости до пикового значения и медленным (более 150 дней) последующим снижением светимости до половины от пиковой. Пиковые светимости подобных явлений составляют (2–7) × 10⁴⁵ эрг в секунду, что в тысячу раз больше, чем у сверхновых типа II, в сто раз больше, чем пиковые светимости сверхновых типа Ia, и в 30 раз больше, чем у типичных сверхъярких сверхновых. Единственным транзиентом, способным приблизиться к событиям типа ENT, оказался ASASSN-15lh, который может быть либо рекордно ярким взрывом сверхновой, либо событием приливного разрушения.

Все три вспышечных события обнаружены в центрах галактик, которые ранее не демонстрировали повышенную активность центральных черных дыр. Эти галактики также более массивны и более активно рождают звезды, чем родительские галактики типичных событий приливного разрушения звезд или неоднозначных ядерных транзиентов. Спектральные свойства транзиентов класса ENT не вписываются в модели сверхновых или других транзиентов, связанных со звездами, зато хорошо укладываются в модели эпизода аккреции вещества в сверхэддингтоновском режиме на черную дыру. Излучаемая в ходе вспышек энергия оценивается от 5,2 × 10⁵² до 2,5 × 10⁵³ эрг, что соответствует аккреции на черную дыру массы на уровне от 0,3 до 1,4 массы Солнца.

В общем случае все три найденных события класса ENT описываются моделями приливного разрушения массивных (не менее трех масс Солнца) звезд достаточно массивными (более 10⁸ масс Солнца) сверхмассивными черными дырами. Расчеты показывают, что частота подобных событий для звезд с массами от 3 до 10 масс Солнца и красного смещения около единицы составляет заметно меньше одного события на кубический гигапарсек в год, что делает их редким явлением. Тем не менее мощные телескопы, такие как «Джеймс Уэбб» или LSST, способны обнаруживать такие катаклизмы на красных смещениях вплоть до шести, что позволяет исследовать активность далеких сверхмассивных черных дыр.

Ранее астрономы увидели самое далекое и самое близкое события приливного разрушения звезд черными дырами.