Аккреционные диски наблюдаются вокруг черных дыр в двойной системе или вокруг длинных сверхмассивных черных дыр. Но у нас никогда раньше не было убедительных доказательств того, что такие диски образовывались при разрушении звезды сверхмассивной черной дырой. Теперь доказательства есть.
Судя по названию, данному им Джоном Уилером, и их определению, черные дыры не являются априори видимыми и, следовательно, необнаруживаемыми. На практике это не тот случай, когда они оказываются в среде, где доступна материя, будь то в форме холодных токов или звезд. Фактически, самые яркие звезды в наблюдаемом космосе, которые можно увидеть за миллиарды световых лет от нас - квазары, являются черными дырами.
Но это монстры, содержащие от нескольких миллионов до нескольких миллиардов солнечных масс. Мы видим все больше и больше сверхмассивных черных дыр не в режиме квазара, когда они поглощают много материи, а когда они разрушают своими приливными силами звезду, которая подошла слишком близко. В поле электромагнитных волн, в ожидании поля гравитационных волн, уже наблюдались некоторые из этих событий, в частности те, которые сопровождаются образованием знаменитых звездных блинов Жан-Пьера Люмине и Брэндона Картера. Обычно мы говорим о событии приливного разрушения, которое для такого рода явлений можно перевести как «приливное событие разрыва».
Черные дыры - одни из самых непрозрачных объектов во Вселенной. К счастью, с другой стороны, они являются одними из самых привлекательных, и мы можем их обнаружить по их непропорциональной силе притяжения. Гигантские черные дыры - самые чудовищные монстры, но они не являются оружием массового поражения. Выбрасываемые ими струи вещества могли бы зажечь первые звезды и сформировать первые галактики.
Они довольно редки. По оценкам, только одна происходит каждые 10 000–100 000 лет в масштабе галактик, в то время как классические сверхновые появляются примерно каждые 100 лет в Млечном Пути. Их почти не замечают, потому что пыль нашей галактики может сделать их невидимыми невооруженным глазом, поэтому некоторые остатки сверхновых, возникшие в последние века в Млечном Пути, были обнаружены только с помощью инструментов современной астрономии.
Но для сверхмассивных черных дыр (СЧД) в других галактиках, как и для сверхновых, пыль, как правило, не является препятствием, а очень большое количество видимых галактик позволяет удивлять такие события в течение всего года.
В заявлении Калифорнийского университета в Санта-Крус, ведущего автора статьи, астроном Тиара Хунг объясняет, что: «В классической теории извержение, связанное с СЧД, вызвано аккреционным диском, производящим рентгеновские лучи из его внутренней области, где горячий газ скручивается в черную дыру. Но для большинства событий приливного разрушения мы не видим рентгеновские лучи - они в основном светятся в ультрафиолетовых и видимых длинах волн - поэтому было высказано предположение, что вместо диска мы видим излучение от столкновений в поток звездного мусора».
Но теоретики упрямы. Даже если они знают, что последнее слово остается за природой и нередко она не подтверждает не самые разумные и правдоподобные теории, также нередко эти теории просто нуждаются в исправлениях и доработке, чтобы действительно отразить реальность.
Поэтому в 2018 году Энрико Рамирес-Руис, профессор астрономии и астрофизики UCSC, и Джейн Дай из Гонконгского университета разработали теоретическую модель, которая могла бы объяснить, почему рентгеновские лучи не работают в СЧД, и как правило, не наблюдаются, несмотря на формирование аккреционного диска. Сегодня новые наблюдения решительно поддерживают эту модель: «Это первое подтверждение того, что аккреция формируется во время этих событий, даже когда мы не видим рентгеновские лучи. Область возле черной дыры скрыта оптически плотным ветром, поэтому мы не видим рентгеновское излучение, но замечаем видимый свет удлиненного эллиптического диска».
Изучение формирования аккреционного диска стало результатом работы Райана Фоули, доцента астрономии и астрофизики UCSC, и его команды. СЧД, внесенная в каталог как AT 2018hyz, была обнаружена в ноябре 2018 года.
«У меня отвисла челюсть, и я сразу понял, что это будет интересно», - объясняет исследователь.
Спектроскопические измерения действительно ясно показали линию излучения газообразного водорода, удвоенную эффектом Доплера, который столь же ясно продемонстрировал, что излучение исходит от вращающегося диска с красным смещением для газа и синей сменой для приближающейся части.
Такого раньше не видели. Рамирес-Руис предлагает следующее: «Я думаю, нам повезло с этим, ведь наши симуляции показывают, что то, что мы наблюдаем, очень чувствительно. Существует определенный наклон чтобы увидеть особенности двойного пика, и другой наклон, чтобы увидеть рентгеновское излучение».
Изучение данных, собранных при наблюдении за AT 2018hyz в течение следующих месяцев, показывает, что аккреционный диск был установлен всего за несколько недель. Несомненно то, что релятивистские астрофизики теперь обладают дополнительной информацией. И она позволяет лучше понять физику аккреционных дисков вокруг сверхмассивных черных дыр и, следовательно, лучше ограничить механизмы роста этих компактных звезд, у которых большое влияние на эволюцию их родительских галактик.