Обнаружены следы поглощения звезды чёрной дырой

Вспышка, зарегистрированная орбитальной обсерваторией НАСА Swift 28 марта, оказалась следствием поглощения звезды чёрной дырой. Об этой вспышке в созвездии Дракона, изначально классифицированной как длинный гамма-всплеск (gamma-ray burst, GRB) 110328A, мы рассказывали два месяца назад. Уже тогда было понятно, что астрономам посчастливилось увидеть нечто необычное: GRB 110328A имел очень высокую и быстро изменявшуюся рентгеновскую яркость.

По предположению теоретиков, причиной вспышки стал не гравитационный коллапс массивной звезды, который рождает «типовые» длинные гамма-всплески, а приливное разрушение светила, проходившего рядом с чёрной дырой.

Авторы двух новых статей, которые опубликует журнал Science, собрали экспериментальные свидетельства в пользу этой гипотезы. Наблюдения Sw 1644+57 (поскольку старое наименование вспышки — GRB 110328A — соответствует обозначениям тривиальных гамма-всплесков, его заменили другим) охватили практически весь спектр, и перечислять все задействованные в них космические и наземные телескопы просто бессмысленно. Мы отметим только самые известные и крупные: в оптическом диапазоне Sw 1644+57 исследовали «Джемини-север» и Кек I, в инфракрасном — PAIRITEL, Инфракрасный телескоп Соединённого Королевства и «Хаббл», в рентгеновском — «Чандра», в радиодиапазоне — массив VLBA.

Сначала учёные доказали, что Sw 1644+57 действительно отличается от гамма-всплеска, выделив существенные расхождения в их характеристиках. Наиболее важной особенностью вспышки была признана длительность гамма-излучения, которое у обычного длинного GRB вызывается аккрецией вещества разрушенной звезды на компактный объект, сформировавшийся в результате коллапса, и продолжается 1–10 с; в нашем случае схема обнаружения Swift успела среагировать на излучение Sw 1644+57 целых четыре раза за 48 часов. Странный вид имеет и рентгеновское (0,3–10 кэВ) послесвечение Sw 1644+57, терявшей яркость в этом диапазоне заметно медленнее, чем все известные GRB.

Рентгеновское излучение Sw 1644+57 (показано красным) и других GRB; на графике сверху шкалы логарифмические, снизу — линейные. Легко заметить, что Sw 1644+57 превосходит остальные всплески по яркости в поздней стадии эволюции — скажем, через 106 с после обнаружения. Зелёным выделены данные по двум очень длинным GRB (100316D и 060218A), а фиолетовым — результаты наблюдений GRB 060729, который отличается длительным послесвечением, но конкурировать с Sw 1644+57 всё равно не может. (Иллюстрация из журнала Science.)

Косвенным свидетельством того, что вспышка не относится к гамма-всплескам, можно назвать и её расположение: она находится в центральной области галактики, находящейся на красном смещении z = 0,354 (эта величина отвечает удалению в 3,9 млрд световых лет). Длинные GRB, совпадающие по расположению с ядрами галактик, встречаются очень редко.

Продолжительность излучения и близость к центру галактики заставляют вспомнить о другой возможной причине появления Sw 1644+57 — активности чёрной дыры. Действительно, астрономам известно немало примеров активных ядер галактик, которые содержат сверхмассивные чёрные дыры и становятся мощными источниками излучения. Самыми яркими — и, что важно, способными к наиболее резким изменениям яркости — считаются блазары, отличающиеся от остальных активных ядер тем, что один из их джетов (противоположно направленных струй вещества, зарождающихся у аккреционного диска чёрной дыры) смотрит в сторону Земли.

Однако рентгеновская светимость Sw 1644+57 слишком велика даже для блазаров, тогда как в оптическом и инфракрасном диапазонах вспышка заметно уступает им по яркости. Кроме того, характеристики излучения Sw 1644+57 изменяются с очень высокой скоростью, недоступной блазарам.

Разрушение звезды, которая подошла к чёрной дыре, и следующее за этим образование джетов (иллюстрация University of Warwick / Mark A. Garlick).
Разрушение звезды, которая подошла к чёрной дыре, и следующее за этим образование джетов (иллюстрация University of Warwick / Mark A. Garlick).

Тем не менее гипотеза о том, что Sw 1644+57 связана с чёрной дырой, показалась учёным самой перспективной. Во-первых, на это указывает уже упомянутое нами расположение вспышки. Во-вторых, соответствующий ей радиоисточник компактен, и диаметр той области, в которой зарождается излучение, не должен превышать 5 пк, что согласуется с предположением астрономов. В-третьих, наблюдаемый спектр Sw 1644+57 в целом напоминает спектр блазара и достаточно хорошо моделируется с учётом двух компонентов, характерных для излучения активных ядер. Этими компонентами служат синхротронное излучение, испускаемое заряженными частицами, которые движутся по искривлённым магнитным полем траекториям с релятивистскими скоростями, и процесс обратного комптоновского рассеяния фотонов на ультрарелятивистских электронах, приводящий к увеличению энергии квантов света.

Рассмотрев всю доступную информацию, авторы пришли к выводу о том, что источник Sw 1644+57 представляет собой уменьшенный вариант блазара, ранее не проявлявшего активности и «вспыхнувшего» только потому, что с ним сблизилась звезда. Масса чёрных дыр в обычных блазарах составляет 108–109 солнечной, но в нашем случае дыра должна быть на два порядка более лёгкой.

Если гипотеза верна, Sw 1644+57 будет постепенно тускнеть, и вспышка больше никогда не повторится.

Изменения рентгеновской яркости Sw 1644+57, зарегистрированные обсерваторией Swift:

Препринты обеих статей (первой и второй) можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Беркли.

18 Июня 2011, 17:56    Den    4658    1

Комментарии (1):

hel  •  23 June, 1:29

Цитата из статьи: "источник Sw 1644+57 представляет собой уменьшенный вариант блазара".

Т.е. теперь кроме микроквазаров появились и микроблазары: )

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.