Смерть звезды обнаружила черную дыру в карликовой галактике

Гибель звезды (событие приливного разрушения) вызвало вспышку излучения, которая на короткое время затмила комбинированный звездный свет карликовой галактики и может помочь ученым лучше понять взаимосвязь между черными дырами и галактиками.

Вспышка была захвачена астрономами с помощью Young Supernova Experiment (YSE) — обзора, предназначенного для обнаружения космических взрывов и переходных астрофизических явлений. Международная группа под руководством ученых из Калифорнийского университета в Санта-Круз, Института Нильса Бора при Копенгагенском университете и Университета штата Вашингтон сообщила об открытии в статье, опубликованной 10 ноября в журнале Nature Astronomy.

«Это открытие вызвало всеобщее волнение, потому что мы можем использовать события приливного разрушения не только для обнаружения большего количества черных дыр промежуточной массы в тихих карликовых галактиках, но и для измерения их масс», — сказал Райан Фоули, доцент кафедры астрономии и астрофизики в Калифорнийский университет в Санта-Круз, который помог спланировать опрос YSE.

Первый автор Шарлотта Ангус из Института Нильса Бора заявила, что выводы команды обеспечивают основу для будущих исследований черных дыр среднего размера.

«Тот факт, что мы смогли запечатлеть черную дыру среднего размера, когда она пожирала звезду, дал нам замечательную возможность обнаружить то, что в противном случае было бы скрыто от нас», — сказал Ангус. «Более того, мы можем использовать свойства самой вспышки, чтобы лучше понять эту неуловимую группу черных дыр среднего веса, которая может составлять большинство черных дыр в центрах галактик».

Сверхмассивные черные дыры находятся в центрах всех массивных галактик, включая Млечный Путь. Астрономы предполагают, что эти массивные звери, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца, могли вырасти из меньших черных дыр «промежуточной массы» с массой от тысяч до сотен тысяч солнечных.

Одна из теорий того, как были собраны такие массивные черные дыры, состоит в том, что ранняя Вселенная была безудержной из маленьких карликовых галактик с черными дырами промежуточной массы. Со временем эти карликовые галактики должны были слиться или быть поглощены более массивными галактиками, их ядра каждый раз объединялись, создавая массу в центре растущей галактики. Этот процесс слияния в конечном итоге привел к появлению сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых сегодня.

«Если мы сможем понять популяцию черных дыр промежуточной массы — сколько их и где они расположены, — мы сможем помочь определить, верны ли наши теории образования сверхмассивных черных дыр», — сказал Энрико Рамирес-Руис, профессор астрономии и астрофизики в Калифорнийском университете и профессор Нильса Бора в Копенгагенском университете.

Но все ли карликовые галактики имеют черные дыры среднего размера?

«Это трудно утверждать, потому что обнаружение черных дыр промежуточной массы чрезвычайно проблематично», — сказал Рамирес-Руис.

Классические методы поиска черных дыр, которые ищут активно питающиеся черные дыры, часто недостаточно чувствительны, чтобы обнаружить черные дыры в центрах карликовых галактик. В результате известно, что только незначительная часть карликовых галактик содержит черные дыры промежуточной массы. Обнаружение большего количества черных дыр среднего размера с событиями приливного разрушения может помочь разрешить споры о том, как образуются сверхмассивные черные дыры.

«Один из самых больших открытых вопросов в астрономии в настоящее время заключается в том, как образуются сверхмассивные черные дыры», — сказала Вивьен Балдассаре, профессор физики и астрономии в Университете штата Вашингтон.

Данные эксперимента с молодой сверхновой позволили команде обнаружить первые признаки света, когда черная дыра начала пожирать звезду. Захват этого начального момента имел решающее значение для раскрытия того, насколько большой была черная дыра, потому что продолжительность этих событий можно использовать для измерения массы центральной черной дыры. Этот метод, который до сих пор хорошо работал только для сверхмассивных черных дыр, был впервые предложен Рамиресом-Руисом и соавтором Бренной Моклер из Калифорнийского университета в Санта-Круз.

«Эта вспышка была невероятно быстрой, но поскольку наши данные YSE дали нам так много ранней информации об этом событии, мы смогли определить массу черной дыры, используя их», — сказал Ангус.

Это исследование было основано на данных обсерваторий по всему миру, включая обсерваторию В. М. Кека на Гавайях, Северный оптический телескоп, Ликскую обсерваторию Калифорнийского университета, космический телескоп Хаббла НАСА, международную обсерваторию Gemini, Паломарскую обсерваторию и обзор Pan-STARRS в Халеакальской обсерватории.