Астрономы стали свидетелями космической трагедии: постепенного разрушения звезды сверхмассивной чёрной дырой. Светило некогда было гигантом, теперь стало карликом, а со временем от него должен остаться огрызок размером с планету.
Космический детектив
Правда, взору учёных предстало не само это печальное зрелище, а всего лишь вспышки рентгеновского излучения, зафиксированные телескопами Chandra и XMM-Newton. Эти всплески исходят от центральной чёрной дыры галактики GSN 069. Хищница расположена на расстоянии 250 миллионов световых лет от Земли и имеет массу в 400 тысяч солнц.
Рентгеновское излучение, исходящее от чёрных дыр, – далеко не новость. Известно, что оно испускается облаком раскалённого вещества, постепенно оседающего на этого космического монстра. Но в данном случае астрономов заинтересовала регулярность всплесков: они повторяются каждые девять часов.
Эндрю Кинг (Andrew King) из Лестерского университета объяснил коллегам, что они видят, в научной статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Правда, его версия может оказаться не единственно возможной, но эксперт предлагает простой способ её проверить.
Жизнь и смерть звёзд
Итак, дело, по мнению астрофизика, было так. Жила-была звезда. И, как водится, в её ядре водород в ходе термоядерных реакций преобразовывался в другие химические элементы. Но водород в ядре, как и всё на свете, рано или поздно заканчивается.
Что обычно происходит со светилами в этот печальный момент? Начинаются новые процессы. Это, во-первых, превращение водорода в гелий в более внешних слоях звезды, а во-вторых, превращение гелия в ядре в более тяжёлые элементы. От выделяющегося излучения звезда раздувается, превращаясь в красный гигант. Но и это термоядерное топливо постепенно подходит к концу. Что тогда?
Звёзды массой более десяти солнц заканчивают жизнь во вспышках сверхновых, но сейчас речь не о них. А вот светило более скромной массы умирает иначе. Его внешние слои рассеиваются в пространстве, а ядро превращается в белый карлик. Последний – раскалённая и очень плотная звёздочка, по массе сравнимая с Солнцем, а по размеру – с Землёй. В ней уже не происходит никаких термоядерных реакций, и светится она просто потому, что очень горячая (но постепенно белый карлик высвечивает свою энергию и остывает).
Когда что-то пошло не так
Так всё происходит, если звезде ничто не мешает умирать. Но на этот раз всё было иначе. Потому что безымянный красный гигант в галактике GSN 069 совершил ошибку. Он слишком приблизился к её центральной чёрной дыре.
Обычно в таких ситуациях гравитация сверхмассивного чудовища немедленно разрывает несчастное светило на части. И так и было бы, будь хищница массивнее. Но в данном случае её небольшая по меркам сверхмассивных чёрных дыр масса сыграла на руку жертве (если медленную смерть можно счесть более предпочтительной, чем быструю).
Гравитация чёрной дыры сорвала с незадачливого гостя внешние слои и досрочно, не дав догореть, превратила его в белого карлика. И этот карлик теперь обращается вокруг своего мучителя по вытянутой орбите, делая полный оборот за те самые девять часов.
Но на этом мучения не заканчиваются. Чёрная дыра продолжает тянуть вещество и из белого карлика. Поскольку он гораздо легче и гораздо плотнее, чем исходный красный гигант, теперь этот процесс идёт куда медленнее. К слову, по расчётам Кинга упомянутый белый карлик должен быть впятеро легче Солнца.
Каждые девять часов он, к своему ужасу, проходит самую близкую к своему ненасытному патрону точку орбиты (на дистанции не более 15 радиусов чёрной дыры). Тогда последняя отрывает от своей жертвы особенно крупный кусок. Падение этого вещества в чёрную дыру и вызывает те самые рентгеновские всплески, с которых началась эта страшная история.
Вечные муки
Что будет дальше? Поскольку белый карлик постепенно поедается чёрной дырой, он становится всё легче. Из-за этого его орбита становится всё менее вытянутой, постепенно приближаясь к круговой. Растёт и её диаметр (свою роль в этом процессе играют и гравитационные волны, постепенно отбирая у системы энергию).
Поскольку белый карлик отодвигается всё дальше и дальше от чёрной дыры, он всё меньше страдает от её гравитации. Но он никогда не отойдёт достаточно далеко, чтобы совсем не терять вещества.
"Он будет изо всех сил пытаться уйти, но спасения для него нет. Чёрная дыра будет поедать его всё медленнее, но никогда не остановится, – рисует Кинг картину, достойную писателя-однофамильца. – В принципе, эта потеря массы будет продолжаться до того и даже после того, как белый карлик уменьшится до массы Юпитера, примерно через триллион лет. Для Вселенной это станет удивительно медленным и сложным способом создать планету!"
Впрочем, Вселенной менее 15 миллиардов лет отроду, и делать прогноз на триллион лет несколько смело. За этот срок с многострадальной системой, как и со всей родительской галактикой, многое может произойти.
А что, если всё иначе?
Однако не будем увлекаться. Единственное, что несомненно во всей этой истории – периодические рентгеновские вспышки. Может быть, они имеют совсем другую природу, и весь вышеописанный ужас – плод воображения учёного?
Кинг предлагает простой способ проверить это. Он рассчитал, что орбита белого карлика должна менять ориентацию (прецессировать), возвращаясь в прежнее положение каждые два дня. Это должно отразиться на рентгеновских вспышках, и достаточно длительные наблюдения помогли бы уловить этот эффект. Тогда и станет понятно, существует ли в реальности эта медленно гибнущая звезда.
Вселенная как арена насилия
Кинг предполагает, что подобные процессы должны происходить даже чаще, чем быстрое уничтожение звёзд чёрными дырами, которое наблюдалось уже множество раз. Кинг даже полагает, что такое "поедание" звёзд может быть одним из главных способов роста чёрных дыр массой с мрачного обитателя GSN 069.
Просто медленную смерть звезды заметить труднее, чем быструю. И тому есть несколько причин.
Во-первых, чтобы увидеть периодические вспышки излучения, телескоп должен наблюдать одну и ту же область неба в течение нескольких периодов. Но рентгеновских обсерваторий мало, и их время, что называется, нарасхват. Если бы белому карлику требовалось на один оборот не девять часов, а девять дней или тем более месяцев, скорее всего, мы бы никогда о нём не узнали.
Во-вторых, медленная трапеза космического гурмана (или садиста?) создаёт гораздо меньше рентгеновских лучей, чем разовое пиршество, когда вся звезда разрывается на части и поглощается. Поэтому расстояния, с которого мы можем заметить первый процесс, по межгалактическим меркам не так уж велики.
Наконец, даже это излучение остаётся сколько-нибудь различимым в течение примерно пары тысячелетий. Потом белый карлик отдаляется от чёрной дыры настолько, что порции, отрываемые от него хищницей, оказываются совсем уж малы. Поэтому связанное с их падением рентгеновское излучение становится неразличимым для земных телескопов.
Итак, нам просто-напросто повезло, что нечто подобное произошло и попало в поле зрения наших обсерваторий в сущее мгновение (в масштабах Вселенной), когда они наблюдали именно этот участок неба. А белому карлику повезло, что о его трагедии кто-то узнал. Возможно, эту историю однажды расскажет талантливый драматург (чем не аналог сюжета о Прометее и его пытке?). Пока же её рассказали для вас "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru).
К слову, ранее мы писали о звёздах, обращающихся вокруг сверхмассивной чёрной дыры в нашей собственной галактике.
