Странната смърт на звезда в свръхмасивна черна дупка

Спектрите на разрушаваните от свръхмасивни черни дупки звезди показват странна липса на водород, но всъщност той присъства там, уверяват ни астрономите.

Свръхмасивните черни дупки рядко разкъсват на парчета звездите, тъй като не толкова често светилата се оказват близо до тях. Затова в типична галактика това се случва веднъж на 10 000 години. За щастие астрономите за една година могат да проведат наблюдения на ядрата на 10 000 галактики и все пак да открият такова събитие.

Именно така през 2010 година била открита PS1-10jh – първата от такива звезди, активно разрушавана от своята свръхмасивна черна дупка, към която несъобразително прекалено се приближила. В откритието имало един доста шокиращ момент – в спектъра на звездата, отстояща от нас на 2,7 млрд. светлинни години, нямало водород, но имало хелий…

…А това е много необичайно, на първо място поради това, че звездите с такъв състав изобщо са редки. Вероятността, че първото светило, застигнато в процеса на приливно разрушение, ще бъде именно такава „екзотика“, е прекалено малка и затова спектърът на PS1-10jh станал истинско главоболие за учените. Възникнали предположения, че може би това не е чисто хелиева звезда, а само хелиево ядро, от което процесът на разрушение вече е свалил водородната обвивка. Но и тук не всичко съвпадало.

Тогава група учени начело с Енрико Рамирес-Руис от Калифорнийския университет в Санта Круз се опитали в детайли да моделират събитията на самото приливно захващане – и изяснили доста интересни неща.

При разкъсване на звездата на части от гравитацията на черната дупка едната ѝ половина трябва да бъде погълната, а другата – „изплюта“ обратно. Гравитацията първоначално разтяга светилото в продълговат обект, а след това изпраща едната половина в акреционния диск, изхвърляйки всичко останало.

След разрушаването на звездата част от нейния материал попада в акреционния диск, докато другата формира компактно образувание.
© James Guillochonѝ

Преди се смяташе, че „отхвърлената“ част след разрушаването ще плува като широк „вятър“, тоест ще дава прилични спектрални следи. Но моделирането, проведено от учените, показало, че всъщност гравитацията на изхвърляната маса бързо формира от нея материя с малка повърхност – в сравнение с повърхността на акреционния диск, която поглъща първата половина на звездата.

А в акреционния диск емисията на различни газове не е такава, както в материала на самата звезда. Хелият се намира във вътрешната част на такъв диск, а водородът – отвън, където се подлага на по-малко йонизиращото въздействие на лъчението на диска. В момента, когато бил получен спектърът на PS1-10jh, водородът, похитен от акреционния диск, просто не бил достигнал региона от пространството, където би оставил прилични спектрални следи.

Слабото в началото (горе) удължаване на разкъсваната звезда бързо расте, докато не започне двупосочна загуба на материал от светилото.
© James Guillochon

Освен това, посочват авторите, втората звезда, PS1-11af, открита при разрушаваната от черната дупка, изобщо не показала спектрални следи нито от хелий, нито от водород. Но да се бърза с изводите, че тя е напълно метална, би било рано. Просто черната дупка там е по-малка, отколкото в първия случай, и необходимата степен на йонизация още не е достигнала нито водорода, нито хелия, похитен от разкъсваното на части светило.

От анализа на особеностите на спектъра произтича възможност за получаване на данни за масата и на черната дупка, и на разрушаваната звезда с доста висока точност. Така може да се получат данни за спокойни свръхмасивни черни дупки в центровете на далечни галактики, които е почти невъзможно да се изучат с други методи.

Именно с това възнамеряват да се заемат изследователите в близко време, като се надяват сред останалото да получат най-после потвърждение на старата хипотеза, че в центъра на всяка галактика има свръхмасивна черна дупка.

Отчет за изследването е постъпил за публикуване в изданието Astrophysical Journal, а с достъпната му версия можете да се запознаете тук.