Вчені помітили 18 чорних дір, які поглинають сусідні зірки

Чорні діри, що розбивають зірки, повсюди на небі, якщо ви тільки знаєте, як їх шукати. Це одне повідомлення з нового дослідження вчених Массачусетського технологічного інституту, опублікованого 29 січня в Astrophysical Journal. Автори дослідження повідомляють про відкриття 18 нових подій приливних збоїв (TDE) — екстремальних випадків, коли сусідня зірка втягується в чорну діру та розривається на шматки. Під час бенкету чорна діра випромінює величезний викид енергії по всьому електромагнітному спектру.

Астрономи виявили попередні припливні зриви, шукаючи характерні спалахи в оптичному та рентгенівському діапазонах. На сьогодні ці пошуки виявили близько дюжини подій, що руйнують зірки, у сусідньому Всесвіті. Нові TDE команди MIT більш ніж удвічі перевищують каталог відомих TDE у всесвіті.

Дослідники помітили ці раніше «приховані» події, дивлячись у нетрадиційному діапазоні: інфрачервоному. На додаток до випромінювання оптичних і рентгенівських спалахів, TDE можуть генерувати інфрачервоне випромінювання, особливо в «пилових» галактиках, де центральна чорна діра оповита галактичним сміттям. Пил у цих галактиках зазвичай поглинає та затемнює оптичне та рентгенівське світло, а також будь-які ознаки TDE у цих діапазонах. У процесі пил також нагрівається, виробляючи інфрачервоне випромінювання, яке можна виявити. Команда виявила, що інфрачервоне випромінювання, таким чином, може служити ознакою подій припливу.

«Більшість цих джерел не проявляються в оптичних діапазонах», — каже провідний автор Меган Мастерсон, аспірантка Інституту астрофізики та космічних досліджень Кавлі Массачусетського технологічного інституту. «Якщо ви хочете зрозуміти TDE в цілому та використовувати їх для дослідження демографії надмасивної чорної діри, вам потрібно дивитися в інфрачервоному діапазоні».

Інші автори Массачусетського технологічного інституту включають Кішалая Де, Крістоса Панайоту, Анну-Крістіну Ейлерс, Даніель Фростіг і Роберта Сімко, а також доцента фізики Массачусетського технологічного інституту Ерін Кара разом зі співробітниками з багатьох установ, включаючи Інститут позаземної фізики Макса Планка в Німеччині.

Спайк тепла

Команда нещодавно виявила найближчий TDE за допомогою інфрачервоних спостережень. Це відкриття відкрило новий інфрачервоний маршрут, за допомогою якого астрономи можуть шукати чорні діри, що активно живляться. Це перше виявлення спонукало групу шукати більше TDE. Для свого нового дослідження дослідники шукали архівні спостереження, зроблені NEOWISE — оновленою версією Wide-field Infrared Survey Explorer від NASA. Цей супутниковий телескоп був запущений у 2009 році та після короткої перерви продовжив сканувати все небо на предмет інфрачервоних «перехідних процесів» або коротких спалахів.

Команда переглянула архівні спостереження місії за допомогою алгоритму, розробленого співавтором Кішалаєм Де. Цей алгоритм виділяє моделі в інфрачервоному випромінюванні, які ймовірно є ознаками короткочасного спалаху інфрачервоного випромінювання. Потім команда порівняла позначені транзиенти з каталогом усіх відомих сусідніх галактик у межах 200 мегапарсек, або 600 мільйонів світлових років. Вони виявили, що інфрачервоні перехідні процеси можна простежити приблизно до 1000 галактик.

Потім вони збільшили масштаб сигналу інфрачервоного спалаху кожної галактики, щоб визначити, чи походить сигнал від джерела, відмінного від TDE, такого як активне ядро ​​галактики або наднова. Виключивши ці можливості, команда потім проаналізувала решту сигналів, шукаючи інфрачервону картину, характерну для TDE, а саме різкий сплеск, за яким слідує поступове падіння, що відображає процес, за допомогою якого чорна діра розриває на частини зірка, раптово нагріває навколишній пил приблизно до 1000 кельвінів, а потім поступово охолоджується.

Цей аналіз виявив 18 «чистих» сигналів приливних зривів. Дослідники провели огляд галактик, у яких було виявлено кожне TDE, і побачили, що вони відбувалися в ряді систем, включаючи пилові галактики, по всьому небу.

«Якщо ви подивіться в небо й побачите купу галактик, TDE відбудуться в усіх із них», — каже Мастерон. «Це не те що вони відбуваються лише в одному типі галактик, як люди думали, базуючись лише на оптичних і рентгенівських пошуках».

«Тепер можна вдивитися крізь пил і завершити перепис прилеглих TDE», — каже Едо Бергер, професор астрономії Гарвардського університету, який не брав участі в дослідженні. «Особливо захоплюючим аспектом цієї роботи є потенціал подальших досліджень з великими інфрачервоними дослідженнями, і я радий побачити, які відкриття вони дадуть».

Розширення розуміння припливних зривів

Відкриття команди допомагають вирішити деякі важливі питання у вивченні подій приливних зривів. Наприклад, до цієї роботи астрономи здебільшого бачили TDE в одному типі галактик — системі «після спалаху зорепаду», яка раніше була фабрикою зореутворення, але з того часу осіла. Цей тип галактик є рідкісним, і астрономи були спантеличені тим, чому TDE, здавалося, з’являються лише в цих більш рідкісних системах. Так сталося, що ці системи також відносно позбавлені пилу, що полегшує виявлення оптичного або рентгенівського випромінювання TDE.

Тепер, дивлячись в інфрачервоному діапазоні, астрономи можуть побачити TDE у багатьох інших галактиках. Нові результати команди показують, що чорні діри можуть поглинати зірки в ряді галактик, а не тільки в системах після зорепаду.

Результати також вирішують проблему «відсутньої енергії». Фізики теоретично передбачили, що TDE повинні випромінювати більше енергії, ніж те, що спостерігалося насправді. Але тепер команда Массачусетського технологічного інституту каже, що пил може пояснити розбіжність. Вони виявили, що якщо TDE виникає в запиленій галактиці, сам пил може поглинати не тільки оптичне та рентгенівське випромінювання, але й екстремальне ультрафіолетове випромінювання в кількості, еквівалентній передбачуваній «відсутній енергії».

18 нових виявлень також допомагають астрономам оцінити швидкість, з якою TDE виникають у певній галактиці. Коли вони обчислюють нові TDE з попередніми виявленнями, вони підраховують, що галактика відчуває подію приливного зриву кожні 50 000 років. Ця швидкість наближається до теоретичних прогнозів фізиків. За допомогою додаткових інфрачервоних спостережень команда сподівається визначити швидкість TDE та властивості чорних дір, які їх живлять.

DE за допомогою інфрачервоних спостережень. Це відкриття відкрило новий інфрачервоний маршрут, за допомогою якого астрономи можуть шукати чорні діри, що активно живляться.

Це перше виявлення спонукало групу шукати більше TDE. Для свого нового дослідження дослідники шукали архівні спостереження, зроблені NEOWISE — оновленою версією Wide-field Infrared Survey Explorer від NASA. Цей супутниковий телескоп був запущений у 2009 році та після короткої перерви продовжив сканувати все небо на предмет інфрачервоних «перехідних процесів» або коротких спалахів.