Астрономы впервые увидели разрыв очень массивной звезды сверхмассивной черной дырой

Астрономы обнаружили уникальное событие разрушения звезды сверхмассивной черной дырой, в котором участвовала рекордно массивная звезда для явлений такого рода. Ранее вспышка считалась сверхъяркой сверхновой, возникшей в центре далекой галактики, свет от которой шел до Земли около девяти миллиардов лет. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.

Когда звезда пролетает достаточно близко к сверхмассивной черной дыре, то приливные силы со стороны последней способны разрушить ее или сорвать внешние слои. Такие явления называют приливным разрушением, для наблюдателя это выглядит как вспышка, возникшая в ядре галактики, которая затем будет определенным образом затухать. Часть вещества звезды сформирует джет, а часть образует вокруг черной дыры аккреционный диск.

Текущая популяция наблюдавшихся событий приливного разрушения звезд черными дырами охватывает массы звезд 0,1−2 масс Солнца, массы черных дыр 10^5,5−7,5 масс Солнца и демонстрирует признаки истечения газа (водорода или гелия) со скоростью от сотен до десятков тысяч километров в секунду. Однако известен ряд транзиентов, свойства которых похожи на события приливного разрушения, однако окончательная классификация остается предметом спора — это может быть, например, очень яркая сверхновая или эпизод активности центральной черной дыры. Есть и другое объяснение некоторых подобных вспышек, которые на пару порядков ярче, чем типичные события приливного разрушения, и продолжительнее них. Оно заключается в том, что происходит разрушение звезд, гораздо более массивных, чем уже наблюдались в подобных явлениях.

Группа астрономов во главе с Харшем Кумаром (Harsh Kumar) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики сообщила об обнаружении события приливного разрушения с участием наиболее массивной звезды из наблюдавшихся до сих пор. Речь идет о транзиенте AT2023vto, который был впервые обнаружен системой ZTF 9 сентября 2023 года. Ученые анализировали данные фотометрических и спектроскопических наблюдений за транзиентом телескопа ММТ и ряда других наземных телескопов, космического телескопа Swift и радиотелескопа VLA, охватывавших ультрафиолетовый, оптический, рентгеновский и радиодиапазоны.

Первоначально обнаруженную вспышку классифицировали как сверхяркую сверхновую типа II (SLSN-II), возникшую вблизи ядра галактики с красным смещением z = 0,484 и звездной массой 10^10,74 масс Солнца. Однако текущий анализ данных показал, что транзиент укладывается в модель классического приливного разрушения звезды, а необычность свойств вызвана тем, что разрушенная звезда обладала очень большой массой — 9,1 массы Солнца.

В спектре транзиента доминируют широкие линии излучения ионизированного гелия, яркость вспышки на пике была самой большой среди всех спектроскопически подтвержденных событий приливного разрушения. Масса черной дыры, которая была в неактивном состоянии до вспышки, оценивается в 10^7,12 масс Солнца. Ученые считают, что AT2023vto может быть связующим звеном между классической и неоднозначной популяциями событий приливного разрушения, обладая свойствами и той и другой. Возможно, многие яркие транзиенты из неоднозначной популяции тоже являются событиями разрушения массивных звезд.

Ранее ученые открыли ближайшее к Земле и самое далекое события приливного разрушения звезды черной дырой.