Приливное разрушение звезды создает ложное впечатление о её составе

Спектры разрушаемых сверхмассивными чёрными дырами светил показывают странное отсутствие водорода, однако на самом деле он там есть, уверяют нас астрономы.

Сверхмассивные чёрные дыры редко разрывают на куски звёзды, ибо слишком уж нечасто те оказываются поблизости от них. Поэтому в типичной галактике это случается лишь раз в 10 тыс. лет. К счастью, астрономы могут за один год провести наблюдения за центрами 10 тыс. галактик и всё же отыскать нужное событие.

Именно так в 2010 году была найдена PS1-10jh — первая из таких звёзд, активно разрушавшаяся своей СМЧД, к которой она подошла слишком близко. В открытии был один довольно шокирующий момент: в спектре звезды, отстоящей от нас на 2,7 млрд световых лет, не было линий водорода, зато был гелий...

...А это очень необычно, и в первую очередь потому, что звёзды такого состава вообще редки. Вероятность того, что первое же светило, застигнутое в процессе приливного разрушения, будет именно таким «экзотом», чрезвычайно мала, и поэтому спектр PS1-10jh стал настоящей головной болью. Возникли предположения, что, быть может, это не чисто гелиевая звезда, а лишь гелиевое ядро, с которого процесс разрушения уже снял водородную оболочку. Но и тут не всё сходилось.

Тогда группа учёных во главе с Энрико Рамиресом-Руисом (Enrico Ramirez-Ruiz) из Калифорнийского университета в Санта-Крусе (США) попыталась в деталях смоделировать события самогó приливного захвата и выяснила немало интересного.

Дело в том, что при разрыве звезды на части ЧД-гравитацией одна её половина должна быть поглощена, а другая — вышвырнута обратно. Гравитация сначала растягивает светило в удлинённый объект, а затем отправляет одну половину в аккреционный диск, отбрасывая всё остальное. Ранее считалось, что «отвергнутая» часть после разрушения поплывёт в виде широкого «веера», то есть даст приличные спектральные следы. Однако моделирование, проведённое учёными, показало, что на деле гравитация выбрасываемой массы быстро формирует из неё комок материи с малой поверхностью — в сравнении с поверхностью аккреционного диска, вбирающего в себя первую половину звезды.

А в аккреционном диске эмиссия разных газов идёт не так, как в материале самой звезды. Гелий находится во внутренней части такого диска, а водород — в наружной, где он подвергается несколько меньшему ионизирующему воздействию излучения диска. В момент, когда был получен спектр PS1-10jh, водород, похищенный у неё аккреционным диском, просто не достиг того региона пространства, где он оставил бы приличные спектральные следы.

Более того, указывают авторы, вторая звезда, PS1-11af, найденная при разрушении чёрной дырой, вообще не показала спектральных следов ни гелия, ни водорода. Однако спешить с выводом о том, что она полностью металлическая, было рано. Просто ЧД там была меньше, чем в первом случае, и нужной степени ионизации ещё не достигли ни водород, ни гелий, похищенный у разрываемого на части светила.


Что интересно, из такого анализа особенностей спектра вытекает возможность получения данных о массе и ЧД, и разрушаемой звезды, причём точность этой информации должна быть весьма высокой. Таким образом можно получить данные даже о спокойных СМЧД в центрах далёких галактик, которые почти невозможно изучать другими методами. Именно этим и намерены заняться авторы работы в ближайшее время, среди прочего надеясь наконец-то получить подтверждение давней гипотезы о том, что в центре каждой галактики есть сверхмассивная чёрная дыра.

Отчёт об исследовании принят к публикации в издании Astrophysical Journal. Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Санта-Крусе.