Наблюдения черной дыры, пожирающей звезду, показали быстрое формирование диска

Астрономы изучают свет от этих событий приливного разрушения (tidal disruption event, TDE), чтобы понять, как питаются сверхмассивные черные дыры, скрывающиеся в центрах галактик.

Новые наблюдения TDE, проводимые астрономами из Калифорнийского университета в Санта-Крус, теперь предоставляют четкое свидетельство того, что обломки звезды образуют аккреционный диск вокруг черной дыры. Теоретики обсуждают, может ли аккреционный диск эффективно формироваться во время событий приливного разрушения, и новые результаты, принятые для публикации в Astrophysical Journal, должны помочь решить этот вопрос, сказала первый автор Тиара Хунг, исследователь Калифорнийского университета Санта Круз.

«В классической теории вспышка TDE приводится в действие аккреционным диском, излучающим рентгеновские лучи из внутренней области, где горячий газ по спирали попадает в черную дыру», - сказал Хунг. «Но у большинства TDE мы не видим рентгеновские лучи, они в основном светят в ультрафиолетовых и оптических длинах волн, поэтому было высказано предположение, что вместо диска мы наблюдаем выбросы от столкновения потоков звездных обломков».

Соавторы Энрико Рамирес-Руис, профессор астрономии и астрофизики в 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 аккреционный диск. Новые наблюдения убедительно подтверждают эту модель.

«Это первое твердое подтверждение того, что в этих событиях образуются аккреционные диски, даже когда мы не видим рентгеновские лучи», - сказал Рамирес-Руис. «Область, близкая к черной дыре, оптически закрыта толстым звездным ветром, поэтому мы не видим рентгеновское излучение, но видим оптический свет от вытянутого эллиптического диска».

Убедительные доказательства существования аккреционного диска получены из спектроскопических наблюдений. Соавтор Райан Фоули, доцент кафедры астрономии и астрофизики в UCSC, и его команда начали мониторинг события приливного разрушения AT 2018hyz после того, как оно было впервые обнаружено в ноябре 2018 года с помощью All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN). Фоули заметил необычный спектр, наблюдая TDE на 3-метровом телескопе Шейна в Ликской обсерватории Калифорнийского университета в ночь на 1 января 2019 года.

«У меня отвисла челюсть, и я сразу понял, что это будет интересно», - сказал он. «Что выделялось, так это линия водорода (излучение газообразного водорода), который имел профиль с двумя вершинами, не похожий на любой другой TDE, который мы видели».

Фоли объяснил, что двойной пик в спектре является результатом эффектаДоплера, 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.

Команда продолжала собирать данные в течение следующих нескольких месяцев, наблюдая за 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 предполагают, что образование диска может быть обычным явлением среди оптически обнаруженных TDE, несмотря на редкость двухпикового излучения, которое зависит от таких факторов, как наклон диска относительно наблюдателей.

«Я думаю, нам повезло», - сказал Рамирес-Руис. «Наше моделирование показывает, что то, что мы наблюдаем, очень чувствительно к наклону. Существует предпочтительная ориентация, чтобы увидеть эти особенности с двумя пиками, и другая, чтобы увидеть рентгеновское излучение».

Он отметил, что проведенный Хунгом 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.