Далекая галактика вспыхивает со странной регулярностью

В центре спиральной галактики, получившей название ESO 253-G003, сверхмассивная черная дыра вращается вокруг звезды, которая каждые 114 дней перемещается достаточно близко, чтобы часть ее материала могла быть поглощена, вызывая яркую вспышку света на несколько длин волн. Затем она удаляется, чтобы снова коснуться ее при следующем приближении.

Из-за регулярности вспышек астрономы прозвали галактику “Старый верный“, как гейзер в национальном парке Йеллоустоун.

“Это наиболее предсказуемые и частые повторяющиеся многоволновые вспышки, которые мы видели в ядре галактики, и они дают нам уникальную возможность подробно изучить внегалактические Старые Верные“, - сказала первый автор исследования, астроном Анна Пейн из Университета. Гавайев в Маноа.

“Мы думаем, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики создает всплески, поскольку она частично поглощает вращающуюся гигантскую звезду“.

Вспышки были впервые обнаружены в ноябре 2014 года при помощи системы All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). В то время астрономы думали, что повышение яркости произошло от сверхновой в ESO 253-G003.

Но в 2020 году, когда Пейн просматривала данные ASAS-SN на ESO 253-G003, она обнаружила еще одну вспышку в том же месте. И другой. И другой.

В общей сложности она идентифицировала 17 вспышек с интервалом примерно 114 дней. Затем она и ее команда предсказали, что галактика снова вспыхнет 17 мая, 7 сентября и 26 декабря 2020 года - и они оказались правы.

Они назвали повторяющуюся вспышку ASASSN-14ko, и эти точные прогнозы означали, что они смогли провести новые, более подробные наблюдения за майской вспышкой с помощью мощного телескопа TESS НАСА. Предыдущие наблюдения с других инструментов также предоставили данные в широком диапазоне длин волн.

“TESS предоставил очень полную картину этой конкретной вспышки, но из-за того, как миссия снимает небо, она не может наблюдать их все“, - сказал астроном Патрик Валлели из Университета штата Огайо. “ASAS-SN собирает меньше деталей по отдельным вспышкам, но обеспечивает более длительную базовую линию, что было критически важно в данном случае. Эти два исследования дополняют друг друга“.

Но сверхновая вспыхивает только один раз, а затем гаснет, поскольку такое событие уничтожает зарождающуюся звезду; поэтому все, что вызывало вспышки света в оптических, ультрафиолетовых и рентгеновских лучах, должно было быть чем-то другим.

Сверхмассивная черная дыра, излучающая регулярные вспышки при столкновении с орбитальной звездой, не является чем-то необычным - одна была обнаружена в прошлом году при девятичасовом графике вспышек - но с ESO 253-G003 все оказалось не так просто.

Это потому, что ESO 253-G003 на самом деле представляет собой две галактики, находящиеся на заключительной стадии слияния, а это значит, что в ее центре должны быть две сверхмассивные черные дыры.

Недавние исследования показали, что две взаимодействующие сверхмассивные черные дыры могут вызывать повторяющиеся вспышки, но считается, что объекты в центре ESO 253-G003 находятся слишком далеко друг от друга, чтобы взаимодействовать таким образом.

Другая возможность заключалась в том, что звезда пробила аккреционный диск из вращающегося материала и попала в одну из черных дыр. Это тоже следовало исключить. Поскольку звезда врезалась в диск в разных местах и ​​под разными углами, форма ее вспышек должна была быть другой, но наблюдения показали, что вспышки от ESO 253-G003 были слишком близки.

Третьей возможностью было повторное частичное приливное разрушение, когда более крупный массивный объект неоднократно отделял материал от меньшего, находящегося на орбите.

Если бы звезда находилась на эксцентрической 114-дневной орбите вокруг черной дыры, ее близкое приближение или периастр могло бы увидеть, как она отклоняется достаточно близко, чтобы удалить материал, прежде чем она снова улетит прочь.

Когда этот материал сталкивается с аккреционным диском, он вызывает вспышку. И вот что вроде бы происходит.

Помня об этом сценарии, команда проанализировала наблюдения. Они проанализировали кривую блеска каждой вспышки, а также сравнили ее с другими известными событиями приливного разрушения черных дыр. И они определили, что звезда, вероятно, вращается вокруг сверхмассивной черной дыры с массой 78 миллионов солнечных.

При каждом самом близком приближении звезда теряет около 0,3 процента массы Солнца - около трех юпитеров - из-за черной дыры, что может вызвать наблюдаемые вспышки, позволяя звезде жить.

“Если гигантская звезда с пухлой оболочкой проходит близко, но не слишком близко, по очень вытянутой орбите, то черная дыра может украсть часть внешнего материала, не разрывая всю звезду“, - сказал астроном Бенджамин Шаппи из Института астрономии Гавайского университета. “В этом случае гигантская звезда будет просто возвращаться снова и снова, пока звезда не истощится“.

Неясно, как долго звезда и черная дыра поддерживают этот танец, поэтому трудно подсчитать, как долго звезда ушла. Но команда предсказала, когда должны произойти следующие две вспышки - в апреле и августе этого года - и планирует провести еще больше наблюдений.

Это чрезвычайно редкая возможность понять процесс увеличения массы сверхмассивных черных дыр.

“В общем, мы действительно хотим понять свойства этих черных дыр и то, как они растут», - сказал астроном Крис Станек из Университета штата Огайо. “Возможность точно предсказать время следующего эпизода позволяет нам получать данные, которые мы не могли бы получить другим способом, и мы уже получаем такие данные“.

Исследование было представлено на 237-м заседании Американского астрономического общества . Он также будет отправлен в The Astrophysical Journal и доступен на arXiv.

Напомним, ранее сообщалось, что черные дыры могут расти и без звезд.

Источник