Астрономы зафиксировали самую мощную вспышку от черной дыры в далекой галактике

Коллектив астрономов зафиксировал самую мощную и самую удаленную из когда-либо наблюдавшихся вспышку, исходящую от черной дыры. Ее источником стал активное галактическое ядро, расположенное на колоссальном расстоянии в 10 миллиардов световых лет от Земли. Ученые полагают, что причиной столь катастрофического выброса энергии стало постепенное разрушение необычайно массивной звезды, которую разрывает на части сверхмассивная черная дыра в центре галактики. Обнаружение явления такой мощности позволяет предположить, что другие подобные события могут скрываться в космосе, ожидая своего открытия.

Как правило, самые массивные звезды заканчивают свою жизнь взрывом сверхновой, после чего коллапсируют в черную дыру. Однако звезда в галактике с активным ядром, обозначенном как J2245+3743, по-видимому, была поглощена сверхмассивной черной дырой еще до того, как израсходовала свое ядерное топливо. Под действием чудовищной гравитации черной дыры звезда медленно разрушается, теряя свои внешние слои — этот феномен известен ученым как событие приливного разрушения. На сегодняшний день астрономы наблюдали около сотни подобных событий, и большинство из них происходило вокруг изолированных черных дыр, а не вблизи активных галактических ядер. Активные ядра сами по себе способны производить собственные вспышки, что может маскировать свечение от приливного разрушения и затруднять его обнаружение. Однако вспышка от J2245+3743 оказалась настолько энергетически мощной, что ее удалось надежно отличить от фоновой активности ядра галактики.

Когда астрономы впервые обнаружили этот объект в 2018 году с помощью инструмента Zwicky Transient Facility в обсерватории Паломар в Калифорнии, в нем не было ничего необычного. Но в 2023 году команда исследователей заметила, что его яркость снижается гораздо медленнее, чем ожидалось. Повторный анализ спектра, проведенный с помощью обсерватории WM Keck на Гавайях, позволил подтвердить, что эта вспышка имеет исключительную интенсивность. Первоначально было критически важно подтвердить, что этот экстремальный объект действительно является настолько ярким, объяснила профессор KE Saavik Ford. Последующие наблюдения подтвердили, что это самая яркая вспышка от черной дыры из когда-либо зарегистрированных.

Если бы можно было преобразовать всю энергию нашего Солнца по знаменитой формуле Альберта Эйнштейна E = mc², то получилось бы как раз то количество энергии, которое высвободилось в этой вспышке с момента начала наших наблюдений, уточнила Форд. В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Astronomy, Форд и ее коллеги рассмотрели несколько гипотез, способных объяснить вспышку, и подтвердили, что версия с массивной звездой остается наиболее правдоподобной.

Среди сценариев, рассматривавшихся для объяснения светимости J2245+3743, была и сверхновая. Однако взрыв сверхновой не был бы достаточно ярким, чтобы соответствовать наблюдениям: исследователи зафиксировали, как яркость объекта возросла в сорок раз всего за несколько месяцев. На своем пике активное галактическое ядро было примерно в тридцать раз ярче любого другого наблюдаемого события приливного разрушения, достигнув эквивалента светимости десяти триллионов солнц. При этом сверхмассивная черная дыра в его центре, по оценкам, имеет массу порядка 500 миллионов масс Солнца.

Энергетические данные показывают, что этот объект очень удален и обладает необычной яркостью, пояснил Мэтью Грэм, ведущий автор исследования. Он отличается от всех активных галактических ядер, наблюдавшихся до сих пор, добавил он.

Наиболее вероятное объяснение заключается в событии приливного разрушения, вовлекающем звезду массой примерно в тридцать солнечных масс, которую разрывает на части сверхмассивная черная дыра. Для сравнения, предыдущий рекорд принадлежал событию с прозвищем «Страшная Барби», связанному со звездой массой от трех до десяти солнечных масс. Хотя такие звезды в тридцать солнечных масс редки, они могут формироваться внутри аккреционного диска активного галактического ядра, постепенно наращивая массу за счет вещества диска.

Интересно, что сама вспышка от J2245+3743 произошла в далеком прошлом: свету, путешествующему с конечной скоростью, потребовались миллиарды лет, чтобы достичь нас. Тот факт, что вспышка все еще видна сегодня, указывает на то, что мы наблюдаем звезду, еще не полностью поглощенную черной дырой, а скорее, по образному выражению Грэма, «как рыбу, застрявшую на полпути в глотке кита».

Кроме того, помимо временной задержки, связанной с расстоянием, время вблизи горизонта событий черной дыры течет медленнее. Этот феномен, называемый гравитационным замедлением времени, является следствием экстремального искривления пространства-времени. Когда свет путешествует через расширяющуюся Вселенную к нам, его длина волны растягивается, так же как и восприятие времени. Семь лет для нас здесь эквивалентны двум годам там. Мы наблюдаем воспроизведение события в четверть от его нормальной скорости, пояснил астроном.

Хотя вспышка со временем затухает, команда планирует продолжать мониторинг J2245+3743. Ее открытие также предполагает, что другие подобные феномены могут существовать во Вселенной. Исследователи надеются выявить новые события благодаря данным ZTF, а также с помощью новейшей обсерватории Веры К. Рубин.