Разрушенная звезда помогла вычислить скорость вращения сверхмассивной черной дыры
Астрофизики пронаблюдали процесс уничтожения сверхмассивной черной дырой проходящей мимо звезды, что позволило впервые получить точные данные о линейной скорости частиц на предполагаемом горизонте событий сверхмассивной черной дыры. Результаты работы представлены в статье, опубликованной в Science, также авторы выступили с докладом на 233-м заседании Американского астрономического общества в Сиэтле.
Скорость вращения частиц на горизонте событий черной дыры до сих пор с большим трудом поддавалась измерениям. Ранее ученым удалось определить скорости для некоторых черных дыр Млечного пути, относящихся к классу черных дыр звездной массы (от 5 до 30 солнечных), с помощью наблюдения регулярных изменений их рентгеновского излучения. Для сверхмассивных же черных дыр наблюдения ограничивались несколькими циклами изменений, что не позволяло четко вывести значения скорости вращения.
В ноябре 2014 года с помощью сети телескопов под общим названием ASASSN (All-sky Automated Survey for Supernovae) астрономы заметили яркую вспышку света на расстоянии около 290 миллионов световых лет от Земли. Событие получило название ASASSN14-li и было классифицировано как результат приливного разрушения звезд (когда один объект разрушается другим, гораздо более крупным, с помощью гравитационного воздействия). Оно произошло в непосредственной близости от сверхмассивной черной дыры, центра галактики PGC 043234. Обнаружив вспышку, ученые задействовали в исследовании чувствительные к рентгеновскому излучению обсерватории NASA: Chandra и телескоп Нейла Гирлса Свифта, а также телескоп XMM-Newton, — остатки вещества звезды, закручиваясь к центру сверхмассивной черной дыры, сильно нагреваются и производят огромное количество рентгеновского излучения. Из них формируется протяженный аккреционный диск, который до открытия ASASSN14-li не удавалось точно изучить.
Наблюдение ASASSN14-li показало удивительную стабильность и периодичность (цикл вращения — чуть больше двух минут). Оно впервые дало возможность точно оценить линейную скорость вращения частиц на предполагаемом горизонте событий сверхмассивной черной дыры: зафиксировав, что диаметр горизонта событий приблизительно в 300 раз превышает земной, астрономы рассчитали, что скорость вращения огромна и составляет примерно половину от скорости света в вакууме (для сравнения, скорость вращения Солнца меньше скорости света в 150 тысяч раз). Причем точность этого измерения, по оценкам астрономов, очень велика, так как измерения проводились для 300 тысяч циклов вращения.
Поглощение звезд-компаньонов черными дырами давно исследуется астрономами, так, в 2015 году гамма-обсерватория INTEGRAL зафиксировала редкое событие — поглощение черной дырой звезды-компаньона. Но это открытие, вероятно, даст новый толчок в исследовании приливных разрушений и может стать ключом к измерению скоростей вращения частиц на горизонте событий сверхмассивных черных дыр по резким изменениям яркости рентгеновского излучения.
Пётр Кузнеченко
Радиоимпульсы возникают в магнитосфере магнитара
Астрономы увидели, как галактический магнитар SGR J1935+2154 начал и перестал быть радиопульсаром. В этой фазе он пробыл 13 дней, спустя пять месяцев после того, как стал первым источником быстрого радиовсплеска в Млечном Пути. Это говорит в пользу теории о том, что подобные всплески связаны с намагниченными нейтронными звездами. Статья опубликована в журнале Science Advances. Впервые быстрые радиовсплески наблюдались 16 лет назад (хотя известны и более старые события), с тех пор было обнаружено несколько сотен подобных событий. Они представляют собой очень яркие импульсы радиоизлучения, которые длятся миллисекунды, чаще всего наблюдаются одиночные радиовсплески, однако известны и источники повторяющихся всплесков. При этом все источники находятся в других галактиках. Природа быстрых радиовсплесков до сих пор остается предметом споров и существует ряд теорий, объясняющих их. В 2018 году идея о том, что всплески могут возникать в магнитосфере намагниченных нейтронных звезд получила хорошее наблюдательное подтверждение, а в апреле 2020 года был обнаружен первый кандидат в источник быстрых радиовсплесков в Млечном Пути FRB 20200428, который укладывался в эту теорию. Его источником стал магнитар SGR J1935+2154, который находится в 21 тысяче световых лет от Солнца в остатке сверхновой G57.2+00.8. Группа астрономов во главе с Вэйвэем Чжу (Weiwei Zhu) из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук сообщила, что наблюдала SGR J1935+2154 в фазе радиопульсара при помощи наземного радиотелескопа FAST. Наблюдения велись с 9 по 30 октября 2020 года и были инициированы сообщением команды радиотелескопа CHIME, обнаружившим от магнитара три всплеска 8 октября. При этом в период с мая по август источник не проявлял заметной активности, лишь 30 апреля и 24 мая наблюдались три радиовсплеска умеренной светимости. В общей сложности за 13 дней ученые зарегистрировали 795 импульсов, которые четко повторялись с периодом 3,2478 секунды. Фаза радиоимпульсов не совпадает с фазой рентгеновских пульсаций, в отличие от эпизода генерации быстрого радиовсплеска FRB 20200428, при этом светимости одиночных импульсов примерно на восемь-девять порядков ниже, чем у FRB 20200428. Импульсы обладают сложной субструктурой, которая напоминает наблюдаемые структуры импульсов у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков. Исследователи предполагают, что эти результаты говорят в пользу идеи о том, что магнитары могут быть источниками быстрых радиовсплесков. Возможно всплески, подобные быстрым радиовсплескам, и их аналоги с более низкой светимостью, генерируются за счет разных механизмов. Радиоимпульсы способны возникать в фиксированной области магнитосферы и генерируются за счет обычных физических механизмов, ответственных за излучение радиопульсаров. Радиовсплески же могут порождаться во время сильных возмущений магнитосферы и могут быть связаны с некими взрывными процессами, это способно объяснить отсутствие наблюдаемого периода у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков. О том, что такое быстрые радиовсплески и как их изучают, можно прочитать в блоге астрофизика Сергея Попова.