Это наиболее вероятное объяснение феномена регулярного повышения яркости, наблюдаемого каждые 114 дней в центре активной галактики ESO 253-3. О размере пасти этого галактического монстра свидетельствует тот факт, что, по оценкам астрономов, один "укус" весит около трех масс Юпитера. В конце концов, эта сверхмассивная черная дыра поглотит всю звезду.
Астрономы называют активными галактики, которые либо необычно ярки, либо демонстрируют изменения в центральной области, называемой ядром. Активный центр такой галактики может генерировать больше энергии, чем все другие звезды. Превышение этой энергии можно наблюдать в оптическом диапазоне, а также в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.
Астрофизики считают, что это дополнительное излучение образуется около сверхмассивной черной дыры в центре галактики - там, где вращающийся газопылевой диск нагревается гравитационными силами и трением. Сверхмассивная черная дыра медленно поглощает этот материал, что обычно проявляется в случайных изменениях яркости излучения, испускаемого диском.
TDE - событие приливного разрушения
Иногда в центре галактики со сверхмассивной черной дырой происходят исключительные события. Когда крупный объект, такой как звезда, превышает допустимое расстояние до сверхмассивной черной дыры, то разрушается ее приливными силами. В этот момент наблюдается явление приливного разрушения TDE (аббревиатура от Tidal Disruption Event) - подобное взрыву сверхновой в галактике, но с другими наблюдательными характеристиками. Материя разрушенной звезды генерирует кратковременный всплеск электромагнитного излучения, которые наблюдаются как TDE.
Полное приливное разрушение звезды, движущейся по параболической орбите, приводит к тому, что половина массы разрушенной звезды выбрасывается из системы, в то время как другая половина становится гравитационно связанной и асимптотически возвращается в перицентр в количестве, которое можно описать следующим образом: степенная функция времени "t" (~ t -5/3). Это определяет форму нисходящей части кривой блеска TDE.
Когда сверхмассивная черная дыра частично поглощает звезду, теряется только часть оболочки звезды, не затрагивая ее ядро. В такой ситуации теория состоит в том, что должно происходить более резкое падение количества вещества в периапсисе как функция времени, чем ~ t -5/3, потому что остаточных звезд с орбитальной энергией связи, близкой к нулю, меньше. Астрономы обнаружили, что если ядро звезды остается неповрежденным после встречи со сверхмассивной черной дырой, количество материала, падающего в перицентр орбиты, со временем уменьшается как ~ t -9/4. Это также было подтверждено гидродинамическим моделированием.
ASASSN-14ko в активной галактике ESO 253-3
14 ноября 2014 г. обзор неба с помощью ASAS-SN зафиксировал повышение яркости на величину V ~ 17 в активной галактике ESO 253-3 на расстоянии около 570 млн. световых лет в созвездии Живописца (лат. Pictor).
Согласно нумерации обзора ASAS-SN, это явление было обозначено как ASASSN-14ko и сообщено в астрономической телеграмме № 6732 как сверхновая звезда II типа. В то время астрономы считали, что это было разовое событие - ядро массивной звезды коллапсировало, а сверхновая взорвалась и разрушила его.
Однако шесть лет спустя Анна Пейн, выпускница Гавайского университета 2019 года, провела обзор данных ASAS-SN для своей докторской диссертации по известным активным галактикам. Глядя на кривую свечения ESO 253-3 того периода, она сразу же заметила последовательность регулярно происходящих всплесков. Всего наблюдалось 17 явлений, повторяющихся примерно каждые 114 дней. В каждой серии яркость увеличивалась до максимального значения в течение 5 дней, а затем постепенно уменьшалась.
Основываясь на полученных на данный момент эфемеридах, астрономы предсказали, что галактика снова вспыхнет 17 мая 2020 года. Помимо телескопов ASAS-SN, в наблюдении за этим также принимал участие Swift (спутниковая обсерватория, работающая в диапазоне гамма-лучей). Явление АСАССН-14kо произошло одновременно с эфемерой. С тех пор астрономы наблюдают новые вспышки 7 сентября и 20 декабря 2020 года.
Кстати, всю кривую яркого свечения также удалось найти в архиве наблюдений TESS, которые начались 7 ноября 2018 года. Это наиболее задокументированная кривая яркости в галактике ESO 253-3, так как спутником TESS проводились фотометрические измерения каждые 30 минут.
Авторы публикации сравнили кривую блеска ASASSN-14ko с ASASSN-19bt, что соответствует однократному явлению TDE, когда вся звезда разрушается. Кривая свечения ASASSN-14ko во время вспышки увеличивается и уменьшается быстрее, чем у ASASSN-19bt. Если сжать кривую свечения ASASSN-19bt путем умножения на 0,3 со шкалой времени, то она станет очень похожей на кривую свечения ASASSN-14ko.
Объяснение феномена ASASSN-14ko
Анализируя наблюдения с телескопов ASAS-SN, TESS, Swift, NuSTAR и XMM-Newton, А. Пейн и ее коллеги подготовили публикацию.
В этой публикации авторы предложили следующие объяснения феномена ASASSN-14ko:
1. взаимодействие аккреционных дисков системы двойных сверхмассивных черных дыр с массами ~ 50 миллионов масс Солнца каждая и субпарсековыми размерами,
2. взаимодействие между звездой, которая движется по орбите с большим углом наклона, и плоскостью диска сверхмассивной черной дыры ~ 50 млн солнечных масс;
3. Повторное частичное приливное разрушение массивной звезды сверхмассивной черной дырой.
Вопреки первой и наименее вероятной гипотезе скорость изменения периода Ṗ = (ΔP / Δt) = -0,0017 доказывает, что она на порядок больше, чем ожидалось для излучения гравитационных волн в такой системе. Другие аргументы против этой гипотезы: очень короткое время жизни такой системы и отсутствие наблюдаемых сдвигов лучевых скоростей.
Вторая гипотеза о массивной звезде, циклически проходящей через аккреционный диск сверхмассивной черной дыры, более вероятна, чем первая, но не подтверждается наблюдениями, поскольку массивная звезда должна двигаться по орбите с крутым наклоном к плоскости диска. Это означало бы, что орбитальный период составляет не 114 дней, а, скорее, 228 дней - со вспышками, происходящими дважды каждые 114 дней, когда звезда проходит через аккреционный диск, поэтому орбита должна быть круговой, чтобы явление повторялось точно каждые 114 дней. Более того, звезда почти наверняка должна вызывать разные эффекты, когда она проходит аккреционный диск в двух разных местах своего орбитального движения. Между тем, с момента их открытия в 2014 году вспышки кажутся похожими друг на друга.
Поэтому группа астрофизиков взяла третье наиболее вероятное объяснение ASASSN-14ko - повторное частичное приливное разрушение массивной звезды.
Этот сценарий предполагает, что сверхмассивная черная дыра с массой 78 миллионов M ʘ (масс Солнца) частично высасывает газ из вращающейся вокруг гигантской звезды. Звезда движется по эллиптической орбите, и каждый раз, когда гравитационные силы черной дыры создают сильную выпуклость в звезде, сверхмассивная черная дыра крадет материал у звезды, не вызывая ее полного взрыва. Во время каждой такой встречи звезда теряет количество газа, эквивалентное трем массам Юпитера (~3/1000 M ʘ).
Источник: NASA
