Космический «Джетти МакДжетфейс»: выброс из чёрной дыры оказался мощнее «Звезды Смерти» в триллионы раз

Струя заряженных частиц, движущаяся почти со скоростью света и рождённая из останков звезды, жестоко разорванной сверхмассивной чёрной дырой, оказалась одним из самых ярких и энергичных событий, которые астрономы когда-либо наблюдали во Вселенной.

Этот релятивистский джет, запущенный событием приливного разрушения (TDE), настолько мощен, что трудно найти реальное явление для сравнения. Поэтому команда астрономов под руководством Иветт Сендес из Университета Орегона решила сопоставить его с расчётной энергетической мощью вымышленного устройства — «Звезды Смерти» из «Звёздных Войн», способной уничтожать целые планеты.

Оказалось, что TDE и связанный с ним джет высвобождает в триллион — 100 триллионов раз больше энергии, чем, по оценкам фанатов, производит «Звезда Смерти». И, как в случае с «Звездой Смерти», любым планетам, оказавшимся на пути этого джета, придётся очень несладко.

«Планеты будут уничтожены в радиусе первых нескольких световых лет от источника, — сказала Сендес, радиоастроном, в интервью Space.com. — Я просто не уверена, насколько далеко от джета этот эффект будет проявляться».

Если точнее, полная энергия этого события, занесённого в каталог как AT2018hyz, зависит от механизма её излучения. Релятивистские джеты от TDE — большая редкость, они составляют лишь около 1% всех известных случаев. Остальные 99% — это сферический отток вещества, движущийся гораздо медленнее. Во втором случае энерговыделение составило бы около 2 × 10^50 эрг (эрг — единица энергии; Солнце в пике выдаёт 10^33 эрг). В сценарии с джетом, который Сендес считает более вероятным из-за колоссальной светимости AT2018hyz, энергия достигает фантастических 5 × 10^55 эрг.

При этом выход энергии продолжает расти. Модели предполагают, что он достигнет пика в 2027 году, после чего начнёт постепенно снижаться. «Я не решаюсь дать окончательную оценку энергии — есть слишком много факторов, которые прояснятся, только когда мы увидим сам пик, — отметила Сендес. — Но мы ожидаем, что в максимуме событие будет примерно в два раза ярче, чем сейчас».

Как же возникла эта чудовищная вспышка? AT2018hyz был впервые обнаружен в 2018 году, и тогда он казался довольно заурядным TDE (общее число известных — чуть более 100). «В первоначальных данных не было ничего, что заставило бы нас думать, что нечто подобное произойдёт спустя годы», — сказала Сендес.

TDE происходит, когда звезда подходит слишком близко к сверхмассивной чёрной дыре. В случае с AT2018hyz дыра находится в довольно спокойной галактике на расстоянии 665 миллионов световых лет. Приливные силы, из-за которых одна сторона звезды ощущает большее гравитационное притяжение чёрной дыры, чем противоположная, начинают растягивать и разрывать звезду, буквально измельчая её.

В течение нескольких лет после открытия с AT2018hyz ничего особенного не происходило. Астрономы не уверены, почему, но для TDE часто характерен период «затишья». Одна из гипотез заключается в том, что разорванному звёздному веществу требуется время, чтобы обернуться вокруг чёрной дыры и сформировать аккреционный диск. Часть материала падает в чёрную дыру, но бо́льшая часть уносится прочь магнитными полями.

AT2018hyz «ожил» в 2022 году, когда внезапно стал ярким в радиодиапазоне, вероятно, из-за синхротронного излучения от джета. Этот джет настолько мощен, что Сендес даже дала ему прозвище «Джетти МакДжетфейс» (отсылка к знаменитому «Боти МакБотфейс»). Сейчас он в 50 раз ярче, чем при первоначальном обнаружении. Увидеть, как чёрная дыра продолжает излучать такую колоссальную энергию спустя годы после «поглощения» звезды, — явление беспрецедентное.

Объяснение с джетом также решает загадку, почему выход энергии продолжает расти. Когда такие струи только формируются, они сильно сколлимированы, имеют узкий угол раскрыва. Если бы джет не был направлен прямо на нас, а находился под углом, мы бы не видели его полной мощности. Однако со временем джеты имеют тенденцию расширяться. «И теперь он попадает в нашу линию зрения по мере замедления», — поясняет Сендес.

Что касается того, как именно возникают такие релятивистские джеты при TDE, здесь нет однозначного ответа — это активная область исследований. «Вероятно, это как-то связано с магнитными полями, но очевидно, что должны происходить и какие-то другие процессы, иначе мы бы наблюдали их при TDE гораздо чаще».

Теперь Сендес намерена охотиться за другими столь же экстремальными событиями. С вводом в строй антенной решётки Square Kilometer Array (SKA) в следующем десятилетии астрономы наконец получат инструмент для сверхточного и чувствительного обзора неба в радиодиапазоне. Это позволит обнаружить множество новых радиоджетов — не только от TDE, но и от более «активных» в обычном режиме галактик.

Результаты исследования команды Сендес были опубликованы 5 февраля в журнале The Astrophysical Journal.

Открытие «Джетти МакДжетфейс» не просто добавляет новый рекорд в астрофизические хроники. Оно заставляет пересмотреть наше понимание процессов, происходящих в окрестностях сверхмассивных чёрных дыр. Длительная задержка между разрушением звезды и мощнейшей вспышкой ставит под сомнение стандартные модели аккреции и формирования джетов. Возможно, ключевую роль играет сложная перестройка магнитных полей или взаимодействие падающего вещества с уже существующим аккреционным диском.

Кроме того, подобные события — это природные ускорители частиц невиданной мощности, способные разгонять материю до энергий, недостижимых в самых мощных земных коллайдерах. Их изучение может пролить свет на происхождение космических лучей сверхвысоких энергий и фундаментальные законы физики в экстремальных условиях. В будущем, с появлением новых обсерваторий, астрономы, возможно, смогут обнаруживать подобные «проснувшиеся» TDE на ещё больших расстояниях, используя их как маяки для изучения ранней Вселенной и проверки космологических моделей.