Астрономы обнаружили редчайшее событие — разрыв звезды чёрной дырой средней массы, которая, по всей видимости, относится к давно искомому классу «промежуточных» чёрных дыр. Это событие, обозначенное как AT2022zod, стало первым убедительным кандидатом на такую чёрную дыру вне центра галактики. Наблюдения опубликованы в The Astronomical Journal.

Что произошло с AT2022zod

В октябре 2022 года в галактике SDSS J105602.80+561214.7, расположенной в 1,5 миллиарда световых лет от нас, вспыхнул необычно короткий и яркий оптический сигнал. Он длился всего чуть больше месяца — с 13 октября по 18 ноября — и быстро угас. Обычно подобные вспышки, называемые Tidal Disruption Events (TDE), длятся сотни дней или даже годы.

Ключевой момент: вспышка произошла не в центре галактики, где обычно находится сверхмассивная чёрная дыра, а примерно в 10 000 световых лет от него. Это сразу указало, что виновником стал не центральный монстр массой в миллионы солнечных, а гораздо более лёгкий объект.

«AT2022zod обладает всеми характеристиками TDE — вспышки, которую мы наблюдаем, когда звезда разрывается при взаимодействии с чёрной дырой. Такие события в целом редки, но поскольку почти в каждой галактике ожидается сверхмассивная чёрная дыра в центре, TDE обычно происходят именно там», — объяснила руководитель группы Кристен Дэйдж из Университета Кёртина (Австралия).

«Однако AT2022zod немного смещён от ядра и очень короткий по сравнению с другими TDE, при этом оставаясь высокоэнергетическим».

Почему это «промежуточная» чёрная дыра

Чёрные дыры делятся на три класса:

  • звёздные (3–100 солнечных масс, образуются при коллапсе массивных звёзд);
  • сверхмассивные (миллионы–миллиарды солнечных масс, сидят в центрах галактик);
  • промежуточные (сотни–десятки тысяч солнечных масс) — теоретически «недостающее звено» между первыми и вторыми.

Долгое время промежуточные чёрные дыры оставались гипотетическими: их почти невозможно найти. Кристен Дэйдж признаётся:

«Я думаю, что невозможно переоценить, насколько мы плохи в поиске промежуточных чёрных дыр. Мы отлично находим сверхмассивные, благодаря LIGO-Virgo-KAGRA становимся лучше со звёздными, но кандидатов в промежуточные, которые получили хоть какой-то консенсус в сообществе, я могу пересчитать по пальцам одной руки».

Длительность TDE пропорциональна массе чёрной дыры: чем легче объект, тем быстрее он «съедает» звезду. AT2022zod длился всего месяц — это рекордно мало для событий на расстоянии 1,5 млрд световых лет. Именно короткая длительность и смещение от центра галактики сделали его кандидатом №1 на промежуточную чёрную дыру.

Где она могла находиться

Скорее всего, вспышка произошла внутри очень плотного звёздного скопления — либо шарового скопления, либо ультракомпактной карликовой галактики (UCD). В таких местах звёзды расположены настолько плотно, что вероятность подхода одной из них близко к чёрной дыре гораздо выше, чем в обычном галактическом поле.

«Если вы не находитесь в каком-то звёздном скоплении — обычно в центральном ядерном скоплении галактики, — то TDE просто не произойдёт, потому что шансы, что звезда подойдёт близко к чёрной дыре, слишком малы», — пояснила Дэйдж.

Шаровые скопления и UCD — это «фабрики чёрных дыр»: в них часто происходят слияния и столкновения, которые могут создавать объекты промежуточной массы.

UCD могут быть двух типов: либо слившиеся шаровые скопления, либо «обглоданные» карликовые галактики, у которых оторвали внешние звёзды, оставив плотное ядро. В первом случае это обычные скопления, во втором — «неудавшиеся» сверхмассивные чёрные дыры, которые так и не выросли до галактического масштаба.

Что дальше

Открытие AT2022zod даёт новую подсказку для поиска промежуточных чёрных дыр: их стоит искать именно в плотных звёздных скоплениях вне ядер галактик. Когда в 2025 году заработает обсерватория Веры Рубин (LSST), она сможет за десятилетие просканировать миллионы звёздных скоплений в радиусе 330 миллионов световых лет — и если промежуточные чёрные дыры существуют, они должны проявить себя через подобные короткие TDE.

«Рубин готова оказать огромное влияние — она обеспечит невероятно чувствительное 10-летнее оптическое покрытие миллионов звёздных скоплений в пределах 330 миллионов световых лет и должна быть чувствительна к популяциям TDE в плотных звёздных средах», — заключила Дэйдж.

Вкратце

Астрономы нашли редчайшее событие AT2022zod — короткую (всего месяц) вспышку разрыва звезды чёрной дырой, которая произошла не в центре галактики, а в 10 000 световых лет от него. Короткая длительность и смещение указывают на промежуточную чёрную дыру (сотни–тысячи солнечных масс) — «недостающее звено» между звёздными и сверхмассивными чёрными дырами. Вспышка, вероятно, случилась в плотном звёздном скоплении (шаровом или ультракомпактной карликовой галактике). Это открытие даёт новый способ поиска промежуточных чёрных дыр — через короткие off-nuclear TDE.