Новое моделирование раскрывает, как сверхмассивные черные дыры пожирают звезды

Сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах галактик, время от времени поглощают близлежащие звезды. Во время этого процесса, известного как приливное разрушение, звезда растягивается в тонкую, похожую на спагетти нить – явление, получившее меткое название “спагеттизация”, – и затем разрывается на части.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале The Astrophysical Journal Letters, астрономы представили первые в своем роде симуляции, которые прослеживают процесс поглощения звезды черной дырой в течение года, сообщает ScienceAlert.

Концепция приливных разрушений была впервые теоретически обоснована в 1980-х годах. Согласно этой теории, когда звезда разрывается на части, примерно половина ее материала должна образовать вращающийся диск светящегося вещества вокруг черной дыры, известный как аккреционный диск.

Предполагалось, что этот диск достигнет настолько высоких температур, что будет испускать большое количество рентгеновского излучения. Однако позже астрономы с удивлением обнаружили, что во время таких событий диски излучают преимущественно оптический свет, а не рентгеновские лучи.

Кроме того, температура падающей материи составляла всего около 10 000 градусов Цельсия – значительно ниже, чем миллионы градусов, ожидаемые от газа, окружающего сверхмассивную черную дыру.

Еще одним неожиданным открытием стал огромный размер светящейся материи, окружающей черную дыру, которая в несколько раз больше нашей Солнечной системы и быстро расширяется в сторону от черной дыры со скоростью в несколько раз меньшей скорости света.

Учитывая, что даже сверхмассивная черная дыра, масса которой в миллион раз больше массы Солнца, лишь немного больше нашей звезды, масштаб наблюдаемой светящейся материи поразил астрономов.

Астрофизики выдвинули гипотезу, что отсутствие рентгеновского излучения может объясняться веществом, измельченным во время приливного разрушения. Но до сих пор не было четкого понимания того, как происходит этот процесс.

Новое исследование показывает, что когда сверхмассивная черная дыра притягивает к себе звезду, гравитационные силы заставляют звезду подвергнуться спагеттированию, растягивая ее в длинную тонкую нить. Хотя половина вещества звезды оказывается вблизи черной дыры, только около 1% поглощается. Остальное вещество выбрасывается в космос.

Авторы исследования отмечают, что моделирование события приливного разрушения является сложной задачей. Законы гравитации Ньютона нарушаются вблизи сверхмассивной черной дыры, что требует применения общей теории относительности Эйнштейна.

Новое моделирование точно отображает весь процесс, от начала события до выброса материи, которую черная дыра не может поглотить.

Моделирование также подтверждает, что сжатие черной дыры падающей материей действительно происходит. Они показывают, что события приливного разрушения напоминают звезду размером с Солнечную систему, расширяющуюся со скоростью, составляющей несколько процентов от скорости света, со сверхмассивной черной дырой в ядре.