Обломки звёзд формируют асимметричный пузырь вокруг чёрных дыр, согласно новым расчётам

Расчёты помогают объяснить загадочные оптические и ультрафиолетовые излучения, наблюдаемые во время событий приливного разрушения

Астрономы из Университета Монаша внесли свой вклад в понимание драматической судьбы звёзд, попадающих в зону влияния сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик. Международная исследовательская группа с помощью методов моделирования описала процесс разрыва и поглощения звёзд чёрными дырами. Их исследование проливает новый свет на оптические и ультрафиолетовые излучения, наблюдаемые во время этих катастрофических событий.

«Это первая самосогласованная симуляция приливного разрушения звезды сверхмассивной чёрной дырой, за которым следует эволюция образовавшихся обломков. Наши моделирования открывают новый взгляд на последние моменты жизни звёзд вблизи сверхмассивных чёрных дыр», — сказал профессор Прайс.

Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, является значительным шагом вперёд в астрофизике, поскольку открывает новые возможности для изучения поведения материи в экстремальных гравитационных полях, а также жизненных циклов звёзд и чёрных дыр. Когда звезда проходит слишком близко к сверхмассивной чёрной дыре, интенсивные гравитационные силы разрывают её в процессе, известном как событие приливного разрушения (TDE). Обломки звезды образуют поток, который питает чёрную дыру. Они образуют вращающийся диск вокруг чёрной дыры, который испускает интенсивное излучение по всему электромагнитному спектру. Однако многие аспекты TDE остаются плохо изученными.

Новые расчёты показывают, что эти обломки образуют асимметричный «пузырь» вокруг чёрной дыры, перерабатывая энергию и создавая наблюдаемые кривые блеска с более низкими температурами, более слабой светимостью и скоростями газа 10 000–20 000 км/с.

«Исследование помогает объяснить несколько загадочных свойств наблюдаемых TDE. Хорошей аналогией является человеческое тело: когда мы едим пищу, температура нашего тела не сильно меняется. Это происходит потому, что мы перерабатываем энергию от обеда в инфракрасные длины волн. TDE похож на этот эффект, мы в основном не видим, как чёрная дыра поглощает газ, который переизлучает на оптических длинах волн. Наши моделирования показывают, как происходит этот процесс», — сказал профессор Прайс.

Другие загадки, объяснённые новыми симуляциями, включают: почему приливные явления наблюдаются в оптическом, а не в рентгеновском диапазоне длин волн; почему наблюдаемые температуры соответствуют фотосфере звезды, а не ожидаемому горячему аккреционному диску; почему наблюдаемые события разрушения звёзд слабее, чем ожидается на основе моделей чёрных дыр, эффективно поглощающих вещество; почему спектры наблюдаемых событий показывают, что материя расширяется по направлению к нам со скоростью, составляющей несколько процентов от скорости света (10–20 000 км/с).

Исследовательская группа использовала усовершенствованный код гидродинамики сглаженных частиц Phantom, включающий общие релятивистские эффекты для точного моделирования динамики звезды и обломков. Этот уровень детализации имеет решающее значение для захвата сложных взаимодействий и процессов рассеивания энергии, которые происходят во время и после разрушения звезды.

«Результаты исследования подтверждают теоретическое существование оболочек Эддингтона, которые действуют как слой переработки излучаемой энергии, объясняя оптическое и ультрафиолетовое излучение, наблюдаемое во время TDE.Эта модель также предлагает потенциальное объяснение наблюдаемых различий в рентгеновских и оптических кривых блеска этих событий, предполагая, что различные углы наблюдения могут быть причиной этих расхождений», — добавил профессор Прайс.