Призрачная частица путешествует 750 миллионов световых лет и оказывается погребенной под антарктическим льдом
Впервые в истории ученые получили загадочно запаздывающие сигналы от двух сверхмассивных черных дыр, которые съели звезды в их окрестностях.
В первом случае черная дыра весом около 30 миллионов солнц, расположенная в галактике на расстоянии примерно 750 миллионов световых лет от нас, поглотила звезду, которая прошла слишком близко к ее краю. Свет от этого события был замечен в апреле 2019 года, но шесть месяцев спустя телескоп в Антарктиде поймал чрезвычайно высокоэнергетическую и призрачную частицу – нейтрино, которая, по-видимому, вырвалась во время пира.
Второй инцидент был связан со сверхмассивной черной дырой, масса которой примерно в 1 миллион раз больше массы Солнца, в галактике на расстоянии около 700 миллионов световых лет. Обсерватории заметили, что он во время ланча на звезде в августе 2015 года, а затем затих, прежде чем внезапный всплеск радиоволн появился в феврале 2016 года, а затем снова, почти четыре года спустя, в июле 2019 года.
Оба события связаны с так называемым приливным разрушением (TDE), когда сверхмассивная черная дыра разрывает звезду на куски, используя свое колоссальное гравитационное притяжение – по сути, крайнюю версию того, как гравитационное притяжение Луны вызывает приливы на Земле. Такие космические события все еще недостаточно изучены, и эти два новых открытия должны во многом помочь астрономам раскрыть их внутреннюю работу.
«Каждый раз, когда мы обнаруживаем новый TDE, с ним всегда может быть связано что-то захватывающее и неожиданное», – сказала Live Science Джейн Дай, изучающая астрофизику высоких энергий в Университете Гонконга. «Так что можно сделать много новой физики», – добавил Дай, который не участвовал ни в одном из открытий.
Исследователи классифицируют приливные сбои как «временные» явления, поскольку они обычно вспыхивают в течение нескольких дней, а затем снова тускнеют. Что именно создает свет в таких случаях, до сих пор не совсем понятно, сказал Live Science Ассаф Хореш, астроном из Еврейского университета в Иерусалиме в Израиле и соавтор двух статей о новых событиях.
Когда сверхмассивная черная дыра разрывает свою звездную пищу, звезда становится «спагеттифицированной» в длинный тонкий поток. Этот поток материала обволакивает черную дыру и, как считается, производит струю энергии, которая вращается, как вода, стекающая в канализацию, хотя другие модели предсказывают, что некоторые из бывших звезд могут взорваться наружу и взаимодействовать с окружающим газом и пылью, создавая – сигнальная ракета, – сказал Хореш.
После того, как сверхмассивная черная дыра в сотнях миллионов световых лет от нас разорвала звезду в клочья, она выбросила часть этого вещества обратно в космос. Другая материя закручивалась вокруг центра черной дыры, создавая яркий аккреционный диск. (Изображение предоставлено DESY, Лаборатория научной коммуникации)
Учитывая экстремальную среду, окружающую черную дыру, частицы могут значительно ускоряться в процессах, схожих с разрушителями атомов, такими как Большой адронный коллайдер в Женеве, Швейцария. Нейтрино – это крошечные пятнышки, которые примерно в 500000 раз легче электрона и, будучи нейтральными (не имеющими заряда), мало взаимодействуют с ними, когда летают через космос.
Это позволило одиночному нейтрино выйти наружу от первого TDE и направиться к Земле, в конечном итоге появившись в приборе размером квадратный километр, известном как Нейтринная обсерватория IceCube, погребенная во льдах Антарктики. Согласно одной из новых статей, опубликованных 22 февраля в журнале Nature Astronomy, исследователи назвали обнаружение IC191001A и подсчитали, что оно имеет энергию почти в 1 квадриллион электронвольт, что делает его одним из самых мощных нейтрино, которые когда-либо видел IceCube.
Хотя физики предсказали, что нейтрино образуются в приливных срывах, астрономы никогда не привязывали нейтрино к конкретному TDE, что сделало это первым впечатляющим. Относительно того, почему он прибыл через шесть месяцев после самого события, «я понятия не имею», – сказал Хореш.
Похожая тайна окружает второе исследование, которое он провел, также в Nature Astronomy. В этом случае было видно, что оптический свет – тот, который видят наши глаза, – вспыхивает от перекусывающей черной дыры, а затем исчезает, как обычно для этих явлений.
Хореш и его соавторы решили провести дополнительные исследования с использованием телескопа Карла Янски с очень большой решеткой (VLA) в Нью-Мексико, который обнаруживает радиоволны. Они не видели ничего, что исходило от черной дыры в течение нескольких месяцев, а затем внезапно, через шесть месяцев после первоначального события, произошла яркая радиовспышка. Что еще более странно, данные VLA, собранные почти четыре года спустя, показали еще один любопытный всплеск радиоэнергии.
«Кто-то может придумать историю, почему мы что-то увидели шесть месяцев спустя», – сказал Хореш. «Нет ничего, чтобы объяснить, почему он должен вспыхнуть, распасться, а затем снова вспыхнуть. Это действительно интересно».
Он указывает на необходимость новых моделей, которые могут объяснить эти задержанные сигналы. Его команда предполагает, что часть струи энергии выходит под странным углом, создавая вспыхивающий узор, который иногда можно увидеть, а иногда нет, когда аккреционный диск вращается. Другая возможность состоит в том, что звездные останки запускают ударные волны, которые медленно движутся через материал, окружающий черную дыру, которые в более позднее время производят энергетические выбросы, хотя на самом деле этого никто не знает.
Но, учитывая, что эти инциденты теперь, похоже, длятся дольше, чем предполагалось изначально, Хореш надеется, что сможет обнаружить больше приливных срывов, которые могут дать представление об их природе.
Дай тоже взволнован перспективой открытия способов изучения тайн TDE. «Эти события – идеальные лаборатории для изучения черных дыр», – сказала она, дав исследователям важные подсказки о том, как материал срастается вокруг них и производит струи и вспышки.
Обсерватория Веры К. Рубин в Чили, которая, как ожидается, начнет сбор данных в этом году, теоретически может увидеть сотни новых TDE, добавила она; и другие будущие космические инструменты из Европы и Китая должны добавить к этой награде.
«Будущее этой области очень светлое», – сказала она.
Первоначально опубликовано на Live Science.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
