Когда звезда оказывается слишком близко к черной дыре, ее разрывают приливные силы — это называется «событие приливного разрушения». Теоретическое описание таких явлений впервые появилось полвека назад и с тех пор было хорошо проработано. Одна беда: кандидатов в события приливного разрушения мало, а их наблюдаемые характеристики здорово отличаются от предсказанных. Эту проблему решила новая симуляция, проведенная на австралийском суперкомпьютере.
Вещество звезды разбрасывает в результате разрушения приливными силами. Вверх и вниз изображения уходят джеты черной дыры. TDE в представлении художника / ©DESY, Science Communication Lab
Наблюдаемые кандидаты в события приливного разрушения (TDE, Tidal disruption event) выглядят совсем не так, как предсказывает теория. Их светимость в сотню раз меньше, чем можно ожидать от вещества, эффективно поглощаемого черной дырой. При этом температура излучающего вещества характерна не для аккреционного диска, а для звезды. К тому же большая часть излучения, исходящего от TDE, находится в видимом диапазоне, а не в рентгеновском.
На этом загадки не заканчиваются. Например, скорость движения излучающего вещества тоже нехарактерна для падающего на черную дыру содержимого аккреционного диска. Одновременно с этим в некоторых случаях часть вещества имеет огромную скорость (почти 0,5% от световой) по направлению к наблюдателю.
Из-за таких противоречий с теоретическими выкладками подтверждение кандидатов в события приливного разрушения затруднено. Налицо явная неполнота понимания происходящих процессов, которую нужно исправить.
В новой научной работе, опубликованной в рецензируемом журнале The Astrophysical Journal Letters, астрономы описали результаты симуляции TDE с учетом динамики вещества разрушенной звезды на протяжении года. Выводы весьма любопытны: чтобы объяснить все отличия наблюдаемых событий приливного разрушения от предсказанных теорией, последнюю даже не нужно изменять. Получилась ситуация, аналогичная внешнему виду черных дыр, которые до фильма «Интерстеллар» визуализировали совсем иначе, а после — обязательно с видимым из-за гравитационного линзирования обратным краем аккреционного диска.
В случае с TDE теоретические представления попросту не могли учесть сложного поведения останков звезды вокруг черной дыры. В аккреционный диск собирается далеко не все вещество почившего светила, значительная его часть под действием приливных сил получает ускорение. Оно настолько велико, что газ формирует гало на значительном расстоянии вокруг черной дыры — так называемую эддингтоновскую оболочку.
Некоторое количество газа вовсе получает ускорение, достаточное для преодоления гравитационного воздействия черной дыры, — так он устремляется в межзвездное или межгалактическое пространство на скоростях порядка 0,1-0,5 световой.
Сформировавшееся вокруг черной дыры гало хоть и сравнительно разрежено, все же имеет достаточную плотность, чтобы поглотить большую часть излучения новоиспеченного аккреционного диска. И полученную энергию эддингтоновская оболочка переизлучает в видимом или инфракрасном диапазоне. Поэтому большая часть кандидатов в TDE обладает светимостью, характерной для раскаленных излучением облаков газа (звезд).
Важно учитывать, что событие приливного разрушения не мгновенное, а растянутое по времени. Гало из остатков разорванной звезды вокруг черной дыры формируется не сразу и не симметрично, орбиты частиц вещества сильно эллиптические. То есть в зависимости от угла наблюдения TDE может выглядеть яркой высокоэнергетической вспышкой, которая становится тусклее, но интенсивнее в видимом и инфракрасном диапазонах.
Таким образом, всего лишь тщательная симуляция поглощения звезды массой в одну солнечную черной дырой массой в миллион солнечных здорово продвинула научное представление о событиях приливного разрушения. Правда, для этого потребовался незаурядный программно-аппаратный комплекс: код для гидродинамики сглаженных частиц Phantom и неуказанное количество часов процессорного времени суперкомпьютера OzSTAR.
