Новые модели приливного разрушения звезд продемонстрировали, как невидимые черные дыры вызывают вспышки, яркость которых превышает триллион солнечных светил, и объяснили, почему такие явления могут значительно отличаться по яркости и длительности.
Астрономы сделали шаг вперед в понимании того, как сверхмассивные черные дыры (СМЧД) вызывают кратковременные вспышки, яркость которых может превышать свет всей галактики. Новое исследование показало, что основа этих явлений — звезды, разорванные гравитацией черной дыры и превращенные в спиральный поток раскаленного газа. Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Как разрушение звезды порождает космическую вспышку
Когда звезда, не соблюдая осторожность, приближается слишком близко к сверхмассивной черной дыре, она не исчезает мгновенно. Гравитация вытягивает ее в длинный поток вещества. Этот процесс назван «спагеттификацией». Огромная «макаронина» быстро закручивается вокруг черной дыры и в конечном итоге сталкивается сама с собой, как бы поймав себя за хвост. Это столкновение приводит к высвобождению огромного количества энергии, после чего часть вещества начинает медленно падать внутрь, за так называемый горизонт событий СМЧД. Именно эти процессы вызывают вспышку, способную на короткое время затмить свет всей галактики — до уровня триллиона солнечных светил.
Такие явления называют событиями приливного разрушения (TDE). Их форма и продолжительность позволяют косвенно определять свойства невидимых по определению черных дыр, включая их массу и угловую скорость вращения.
Новые модели объяснили различия между вспышками
Исследователи провели детализированные компьютерные симуляции, разбив звезду-жертву на миллиарды виртуальных частиц. Этот подход показал, что вещество после разрушения формирует узкий и стабильный тороидальный поток, который движется по предсказуемой траектории, прежде чем столкнуться с самим собой. Это подтверждает давние теоретические предсказания, которые не удавалось проверить из-за ограничений вычислительных моделей.
Симуляции также продемонстрировали, что на характеристики вспышки влияют три фактора: масса черной дыры, скорость ее вращения и ориентация вращения относительно орбиты разрушенной звезды. Вращающаяся СМЧД может смещать поток вещества, из-за чего столкновение откладывается на несколько оборотов. Это объясняет, почему одни вспышки возникают быстро, а другие развиваются медленно и отличаются по яркости.