Звезды гаснут с частотой одна в 10 тысяч лет

Стадии слияния черных дыр: Inspiral – начальная; Merger – непосредственно само слияние, испускаются гравитационные волны (ниже показана их регистрация); Ringdown – финальная. Источник: LIGO, NSF, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)

Ученые из МФТИ, Оксфордского университета и Физического института им. П.Н. Лебедева РАН в статье в Astrophysical Journal представили оценки взаимного влияния динамических механизмов на темп захвата звезд черными дырами. В центре большинства галактик находится как минимум одна сверхмассивная черная дыра, которую окружает плотное центральное звездное скопление – ядро галактики. Черная дыра не излучает. Зато излучает вещество, которое, падает на нее. Это излучение можно «увидеть» с помощью телескопов.

В активных галактиках есть газовые скопления, которые питают черную дыру и тем самым позволяют ее заметить. Однако большая часть галактик  (около 90%) «молчит», потому что в них нет газовых скоплений. Единственный источник вещества для черной дыры – это звезды, которые периодически оказываются слишком близко к ней. На данный момент зафиксировано всего около 50 вспышек от событий приливного разрушения звезд, или TDE (англ. tidal disruption event), – единственный доступный на сегодняшний день способ получить информацию из неактивных центров галактик. В среднем на одну галактику одна звезда разрушается раз в 10–100 тыс. лет. На основании этих данных ученые пытаются построить достоверную модель того, что происходит в неактивных центрах галактик.

Самая простая теоретическая модель – галактика со сферическим ядром, в центре которого находится сверхмассивная черная дыра. Вокруг нее вращаются звезды, которые меняют направление своего движения при прохождении вблизи друг от друга. В соответствии с этой моделью захват звезд должен происходить примерно раз в 1–10 тыс. лет, то есть несколько чаще, чем он наблюдается.

На данный момент в научной литературе обсуждался лишь один механизм, который может уменьшить темп захвата звезд. Если в центре галактики находится двойная черная дыра, то налетающая на нее звезда может быть выкинута за пределы галактики, совершив так называемый гравитационный маневр (эффект рогатки). Но одновременно с этим наблюдается и противоположный эффект. Ядро любой галактики, которая возникла в результате слияния, немного отличается от сферы. В несферическом ядре звезды сильнее перемешиваются, поэтому больше звездных орбит пролегает возле черной дыры. Из-за слияния темп захвата будет увеличиваться, хотя эффект рогатки должен его уменьшать.

Чтобы понять, как эти противоположные эффекты повлияют на темп захвата, выпускники МФТИ Кирилл Лежнин и Евгений Васильев посмотрели, как меняется темп захвата при разных массах центральной черной дыры, при разных геометриях центральных скоплений. Оказалось, что удаление звезд из центра гравитационным маневром имеет значение только для «сферической галактики в вакууме», однако при слиянии галактик будет иметь место хотя бы малая несферичность. В итоге разрушению должна подвергнуться в среднем одна звезда за 10 тыс. лет. С одной стороны, это согласуется с предыдущими результатами теоретических расчетов, а с другой – поднимает вопрос о том, почему наблюдаемый темп событий приливного разрушения ниже, чем предсказывают теоретические модели.

«Как мы показали, наблюдаемый низкий темп захвата нельзя объяснить с помощью эффекта рогатки, – подчеркивает Кирилл Лежнин. – Значит, нужно искать механизм, выходящий за пределы изучения звездной динамики. Возможно, событий приливного разрушения происходит столько, сколько мы посчитали. Тогда надо думать, почему мы их можем не видеть».