Черные дыры способны ненадолго возрождать мертвые звезды

Исследование Криса Фрэджайла, которое готовится к публикации в журнале The Astrophysics Journal, сосредоточено на звездах или других небесных объектах, движущихся слишком близко к черной дыре, в результате чего их разрывает на части ее чудовищными приливными силами. Во время такого события приливного разрушения разрываемый объект одновременно сжимается и растягивается в противоположных направлениях. Если объектом оказывается белый карлик — мертвое ядро солнцеподобной звезды, — сжатия может оказаться достаточно, чтобы на короткий срок возобновить термоядерную реакцию, в некотором смысле возвращая звезду к жизни, но лишь на несколько секунд.

Фрэджайл утверждает: чтобы это произошло, белому карлику необходимо пройти относительно близко (внутри «приливного радиуса») к черной дыре промежуточной массы — в пределах от 1000 до 10 тысяч масс Солнца. Дело в том, что размер черной дыры (и ее приливной радиус) соотносится с ее массой. Если масса черной дыры слишком мала, ее приливной радиус меньше размера белого карлика, то он ее просто поглотит. Если масса черной дыры велика, она будет настолько огромной, что белый карлик упадет в нее, прежде чем приливные силы его разорвут.

Хотя уже удалось обнаружить множество сверхмассивных черных дыр и черных дыр звездной массы, Фрэджайл говорит, что данных о существовании их промежуточных «кузенов» пока недостаточно.

«Важно знать, сколько черных дыр промежуточной массы существует, это поможет ответить на вопрос, откуда берутся сверхмассивные черные дыры, — рассказывает ученый. — Обнаружение черных дыр промежуточной массы при помощи событий приливного разрушения стало бы серьезным продвижением в этом вопросе».

События приливного разрушения иногда способны производить мощные электромагнитные всплески и потенциально регистрируемые сигналы гравитационных волн. Всего около дюжины открытий показали сигнатуры событий приливного разрушения, но ни одно из них не похоже на разрушение белого карлика. Тем не менее Фрэджайл уверен, что эти события должны быть в приоритете у настоящих и будущих миссий, включая All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN), Intermediate Palomar Transient Factory и Большой обзорный телескоп (Large Synoptic Survey Telescope, LSST).

Несмотря на то что черная дыра в итоге поглотит часть материала разорванного объекта («аккрецирует»), большая его часть разлетится по окружающему пространству — как отдельные осколки. Эти осколки в итоге могут стать материалом для будущих поколений звезд и планет, поэтому их химический состав крайне важен. Ядерное горение, происходящее во время приливного разрушения белого карлика, вызывает серьезные изменения в его химическом составе, в основном преобразуя гелий, углерод и кислород типичного белого карлика в элементы, стоящие ближе к железу в периодической таблице.  

Сейчас приливные разрушения белых карликов черными дырами промежуточной массы изучают при помощи компьютерных симуляций. Один такой набор симуляций подтвердил, что ядерное горение — обычный результат при эффективности преобразования массы до 60%. Степень эффективности и созданные элементы зависят от того, насколько близко белый карлик подходит к черной дыре. При более далеких дистанциях чаще получается кальций, а при близких — железо. Симулированные разрушения также производят вспышки гравитационных волн на частотах и амплитудах, которые могут зарегистрировать будущие аппараты. Пока что для изучения событий приливного разрушения в распоряжении ученых есть трехмерные симуляции высоких разрешений.

Это исследование поможет в описании будущих событий приливных разрушений и в обозначении ограничений распространенности черных дыр промежуточной массы.