Астрономы зафиксировали крайне редкое во Вселенной событие: уничтожение звезды чёрной дырой. Этот катаклизм сработал как мощнейший ускоритель частиц, подобного которому на Земле нет и ещё долго не будет.
Новое исследование стало ещё одним ключом к тайне происходящего где-то в космосе ускорения всепроникающих частиц – нейтрино – до чудовищной энергии.
Звезда, приблизившаяся к сверхмассивной чёрной дыре, может быть разорвана приливными силами. При этом около половины её вещества выбрасывается в космос, а другая половина закручивается в диск и постепенно оседает на чёрную дыру.
Подобные катаклизмы чрезвычайно редки. В галактике размером с нашу они происходят один раз в десять–сто тысячелетий. Правда, эти катастрофы порождают яркие вспышки, которые можно увидеть и на межгалактических дистанциях. И всё же пока астрономы зафиксировали лишь несколько десятков таких событий. Поэтому наблюдение каждого из них очень ценно для науки.
Очередное "происшествие" было зафиксировано 9 апреля 2019 года оптическим телескопом ZTF и обозначено AT2019dsg. В галактике 2MASX J20570298+1412165, расположенной в 690 миллионах световых лет от Земли, некое светило подошло слишком близко к сверхмассивной чёрной дыре. Монстр массой 30 миллионов солнц разорвал незадачливую звезду буквально в пыль.
Падая на "хищницу", материя раскалялась и светилась. Пик этого процесса пришёлся на май 2019 года.
Вспышка AT2019dsg с самого начала вела себя странно. Например, её радиоизлучение почему-то не угасло вместе с видимым светом, а стабильно сохранялось на протяжении нескольких месяцев. Кроме того, это событие было одним из немногих катаклизмов такого типа, видимых в рентгеновских лучах. И рентгеновское свечение, наоборот, угасло неожиданно быстро: на 98% за 160 дней.
Через полгода после события можно было счесть, что оно не преподнесёт больше никаких сюрпризов. Однако 1 октября 2019 года нейтринная обсерватория IceCube обнаружила частицу с колоссальной энергией более ста тераэлектронвольт.
Это почти в десять раз больше, чем достижимо для самого мощного ускорителя в мире – Большого адронного коллайдера. Последний, конечно, ускоряет протоны, а не нейтрино, но от этого результат не перестаёт быть более поразительным.
При этом не стоит удивляться тому, что была зарегистрирована только одна частица. Во Вселенной очень много нейтрино (гораздо больше, чем атомов), но они крайне редко снисходят до взаимодействия с веществом. Обычно космические гости невозмутимо пронзают насквозь не только детекторы, но и земной шар. Наверняка Землю в тот момент пронизал целый поток высокоэнергетических нейтрино, но учёные поймали только одно из них.
А вот что и в самом деле удивительно, так это "обратный адрес" частицы. Она пришла из той точки неба, где за полгода до этого произошла вспышка AT2019dsg. Возможно, что это случайное совпадение, но эксперты оценивают такую вероятность лишь в 0,2%.
Между прочим, происхождение космических нейтрино сверхвысоких энергий – давняя загадка. Лишь недавно астрономы окончательно связали его с деятельностью сверхмассивных чёрных дыр.
Облака раскалённой материи, падающей в объятия этих монстров – это бурлящий астрофизический котёл. Там происходят ещё не до конца изученные процессы, которые могут порождать энергичные нейтрино. Один из них, хотя далеко не главный – уничтожение случайно подвернувшихся звёзд приливными силами.
"Астрофизики давно предполагали, что приливное разрушение [звёзд] может генерировать нейтрино высоких энергий. Но впервые мы смогли связать их с наблюдательными данными [о приливном разрушении]", – поясняет соавтор исследования Роберт Штайн (Robert Stein) из исследовательского центра "Немецкий электронный синхротрон".
Но событие AT2019dsg и здесь обмануло ожидания экспертов. Согласно теоретическим моделям, нейтрино должны генерироваться в начале катаклизма, а не спустя полгода после пика вспышки.
Исследователи предложили несколько гипотез, объясняющих, почему чёрная дыра так припозднилась с генерацией нейтрино. Проверка этих моделей – дело будущего.
Результаты исследования описаны в двух научных статьях (1, 2), опубликованных в журнале Nature Astronomy.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, как учёные впервые в подробностях разглядели приливное разрушение звезды.
