Вселенная полна драматических событий, но некоторые из них превосходят самые смелые ожидания. Астрономы стали свидетелями беспрецедентного космического феномена: сверхмассивная черная дыра разорвала на части колоссальную звезду, породив самую яркую вспышку за всю историю наблюдений. Это событие, известное как событие приливного разрушения (TDE), произошло вокруг отдаленной черной дыры J2245+3743 и сияло с яркостью десяти триллионов Солнц, ослепляя своей мощью даже из миллиардов световых лет.
Обычно массивные звезды завершают свой жизненный цикл грандиозными взрывами сверхновых, после чего коллапсируют в черные дыры. Однако недавнее открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy, описывает совершенно иную судьбу одной гигантской звезды. Вместо взрыва она подошла слишком близко к монструозной сверхмассивной черной дыре, которая разорвала ее на фрагменты и начала медленно поглощать. Именно этот сценарий наилучшим образом объясняет природу самой мощной и далекой вспышки энергии, когда-либо зафиксированной от сверхмассивной черной дыры.
Впервые этот объект был обнаружен в 2018 году телескопом Zwicky Transient Facility (ZTF) — проектом, финансируемым Национальным научным фондом США (NSF) и работающим в Паломарской обсерватории Калтеха. За событием также следил проект Catalina Real-Time Transient Survey. Вспышка J2245+3743 поразила астрономов, увеличив свою яркость в 40 раз всего за несколько месяцев. В пике своего свечения она оказалась в 30 раз ярче любой когда-либо зарегистрированной вспышки черной дыры, излучая энергию, эквивалентную десяти триллионам Солнц.
Ответственная за это явление черная дыра представляет собой активное галактическое ядро (AGN) — тип сверхмассивной черной дыры, активно поглощающей окружающую материю. Объект, обозначенный как J2245+3743, обладает массой, превышающей солнечную в 500 миллионов раз, и находится на расстоянии примерно 10 миллиардов световых лет от Земли. Из-за огромного расстояния, свету потребовалось колоссальное время, чтобы достичь нас, поэтому астрономы наблюдают событие таким, каким оно было, когда Вселенной было еще относительно мало лет. «Энергетика этого объекта указывает на то, что он очень далек и невероятно ярок, — отмечает ведущий автор исследования Мэттью Грэм, профессор астрономии в Калтехе и научный сотрудник проекта ZTF. — Это отличается от любого AGN, который мы когда-либо видели».
Несмотря на то что вспышка постепенно тускнеет, астрономы продолжают ее отслеживать. На таких расстояниях наблюдается явление, известное как космологическое замедление времени, при котором само время течет иначе. Как поясняет Грэм, «по мере того как свет путешествует через расширяющееся пространство, чтобы достичь нас, его длина волны растягивается, как и само время». Это делает долгосрочные обзоры неба, такие как ZTF и Catalina, исключительно важными. «Семь лет здесь — это два года там. Мы наблюдаем за событием в четверть его реальной скорости», — добавляет он, подчеркивая уникальную возможность изучать далекое прошлое Вселенной в замедленной съемке.
Чтобы понять причину этой необычайной вспышки, исследователи рассмотрели различные гипотезы и пришли к выводу, что наиболее вероятным объяснением является именно событие приливного разрушения (TDE). TDE происходит, когда звезда слишком близко приближается к сверхмассивной черной дыре и разрывается на части ее неимоверной гравитацией. Материал звезды постепенно притягивается и поглощается. Поскольку вспышка J2245+3743 до сих пор наблюдается, астрономы полагают, что черная дыра находится в процессе поглощения, «как рыба, лишь наполовину проглоченная китом», — образно описывает Грэм.
Если эта гипотеза верна, то разрушенная звезда была как минимум в 30 раз массивнее нашего Солнца. Предыдущий рекордсмен по величине известного TDE — событие, получившее название Scary Barbie — было примерно в 30 раз слабее, и вовлеченная в него звезда имела массу всего от трех до десяти солнечных. Это подчеркивает исключительность нового открытия, демонстрируя поглощение звезды поистине исполинских размеров.
Большинство из примерно сотни известных событий приливного разрушения не происходило в системах активных галактических ядер. Эти яркие и насыщенные среды обычно скрывают другие события, что затрудняет обнаружение TDE. Однако невероятная яркость J2245+3743 позволила ей выделяться на общем фоне. Изначально астрономы не заметили ничего необычного: когда объект был впервые идентифицирован в 2018 году, спектры, полученные с 200-дюймового телескопа Хейла в Паломарской обсерватории, не показали никаких особенных признаков. Но к 2023 году вспышка стала затухать медленнее, чем ожидалось. Последующий спектральный анализ, проведенный с помощью обсерватории W. M. Keck на Гавайях, окончательно подтвердил исключительную светимость активного галактического ядра.
«Прежде всего, было важно убедиться, что этот экстремальный объект действительно настолько ярок», — рассказывает соавтор исследования К.Э. Саавик Форд из Городского университета Нью-Йорка и Американского музея естественной истории. Форд поясняет, что одной из альтернативных версий было предположение, будто свет вспышки направлен прямо на Землю, создавая иллюзию повышенной яркости. Однако данные, полученные с помощью бывшей миссии НАСА Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), позволили исключить эту возможность. Отбросив другие объяснения, команда ученых сделала вывод, что J2245+3743 демонстрирует самую яркую вспышку черной дыры, когда-либо зарегистрированную.
«Если бы вы преобразовали все наше Солнце в энергию, используя знаменитую формулу Альберта Эйнштейна E = mc², это было бы эквивалентно количеству энергии, которая изливалась из этой вспышки с тех пор, как мы начали ее наблюдать», — подчеркивает Форд, наглядно демонстрируя колоссальные масштабы происходящего.
После подтверждения рекордной интенсивности вспышки исследователи приступили к изучению ее происхождения. «Сверхновые недостаточно яркие, чтобы объяснить это явление», — заявляет Форд. Наиболее убедительным объяснением остается медленное разрывание колоссальной звезды сверхмассивной черной дырой. «Звезды такой массы редки, — продолжает Форд, — но мы предполагаем, что звезды в диске AGN могут становиться крупнее. Материя из диска аккретирует на эти звезды, увеличивая их массу».
Обнаружение черной дыры, поглощающей такую массивную звезду, указывает на то, что подобные события могут происходить и в других уголках Вселенной. Исследовательская команда планирует детально изучить дополнительные данные ZTF, чтобы найти другие примеры TDE, а будущие обсерватории, такие как обсерватория имени Веры С. Рубин, также могут обнаружить новые крупные события приливного разрушения. «Мы бы никогда не нашли это редкое событие, если бы не ZTF, — говорит Грэм. — Мы наблюдаем за небом с помощью ZTF уже семь лет, поэтому, когда мы видим вспышку или изменение, мы можем отследить ее прошлое и предсказать дальнейшую эволюцию».
Результаты исследования, озаглавленного «An Extremely Luminous Flare Recorded from a Supermassive Black Hole», были опубликованы при поддержке Национального научного фонда США (NSF), Фонда Саймонса, NASA и Немецкого исследовательского фонда. В число соавторов вошли исследователи Калтеха: Эндрю Дрейк, Юаньцзе Дин, Манси Касливал, Сэм Роуз, Джин Сомалвар, Джордж Джорговски, Шри Кулкарни и Ашиш Махабал. Также вклад внесли Трейси Чен и Стивен Грум из астрономического центра IPAC Калтеха, а также Дэниел Стерн из Лаборатории реактивного движения NASA. Среди дополнительных участников— Барри МакКернан, Маттео Кантиелло, Майк Косс, Раффаэлла Маргутти, Фил Уайзмэн, Патрик Верес и Эрик Беллм. Проект ZTF Калтеха финансируется NSF и международными партнерами, при дополнительной поддержке Фонда Хайсинга-Саймонса и Калтеха. Данные обрабатываются и архивируются IPAC Калтеха, а NASA поддерживает программу ZTF по поиску околоземных объектов.
