Примерно каждые 114 дней, почти как часы, галактика на расстоянии 570 миллионов световых лет загорается, как фейерверк. По крайней мере с 2014 года наши обсерватории фиксируют это странное поведение.
В центре спиральной галактики, получившей название ESO 253-G003, сверхмассивная черная дыра вращается вокруг звезды, которая движется достаточно близко каждые 114 дней, чтобы часть ее материала могла быть поглощена, вызывая яркую вспышку света на нескольких длинах волн. Затем он отодвигается, чтобы снова коснуться его при следующем приближении. Из-за регулярности вспышек астрономы прозвали галактику “Старой верной", как гейзер в Йеллоустонском национальном парке.
“Это самые предсказуемые и частые повторяющиеся многоволновые всплески, которые мы видели в ядре галактики, и они дают нам уникальную возможность детально изучить внегалактические Старые Верные",-сказала первый автор исследования, астроном Анна Пейн из Университета. Гавайи в Маноа. “Мы думаем, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики создает всплески, поскольку она частично поглощает вращающуюся гигантскую звезду."
Вспышки были впервые обнаружены в ноябре 2014 года с помощью Автоматизированного обзора сверхновых по всему Небу (ASAS-SN). В то время астрономы считали, что увеличение яркости происходит от сверхновой в ESO 253-G003.
Но в 2020 году, когда Пейн просматривала данные ASAS-SN по ESO 253-G003, она обнаружила еще одну вспышку в том же месте. И еще один. И еще один.
Всего было выявлено 17 вспышек с интервалом примерно в 114 дней. Затем она и ее команда предсказали, что галактика снова вспыхнет 17 мая, 7 сентября и 26 декабря 2020 года-и они были правы.
Они назвали повторяющуюся вспышку ASASSN-14ko, и эти точные предсказания означали, что они смогли сделать новые, более подробные наблюдения за майской вспышкой с помощью мощного телескопа TESS НАСА. Предыдущие наблюдения с других приборов также давали данные в широком диапазоне длин волн. "ТЕСС предоставила очень полную картину этой конкретной вспышки, но из-за того, как миссия делает снимки неба, она не может наблюдать их все", - сказал астроном Патрик Валли из Университета штата Огайо. "ASAS-SN собирает меньше деталей на отдельных вспышках, но обеспечивает более длинную базовую линию, что было критично в данном случае. Эти два исследования дополняют друг друга."
Но сверхновая вспыхивает только один раз, а затем гаснет, поскольку такое событие разрушает зарождающуюся звезду; поэтому все, что вызвало вспышки света в оптических, ультрафиолетовых и рентгеновских лучах, должно было быть чем-то другим. Сверхмассивная черная дыра, которая испускает регулярные вспышки при столкновении с орбитальной звездой, не является чем-то необычным - одна из них была обнаружена в прошлом году в девятичасовом графике вспышек, - но с ESO 253-G003 все было не так просто.
Это связано с тем, что ESO 253-G003 на самом деле является двумя галактиками на последних стадиях слияния, а это означает, что в ее центре должны быть две сверхмассивные черные дыры. Недавние исследования показали, что две взаимодействующие сверхмассивные черные дыры могут вызывать повторные вспышки, но считается, что объекты в центре ESO 253-G003 находятся слишком далеко друг от друга, чтобы взаимодействовать таким образом.
Другая возможность заключалась в том, что звезда пробила аккреционный диск вращающегося материала и ударилась в одну из черных дыр. Это тоже следовало исключить. Поскольку звезда врезалась в диск в разных местах и под разными углами, форма ее вспышек должна была быть разной, но наблюдения показали, что вспышки от ESO 253-G003 были слишком близки.
Третьей возможностью было повторное частичное приливное разрушение, когда более крупный массивный объект неоднократно отделял материал от меньшего на орбите.
Если бы звезда находилась на эксцентричной 114-дневной орбите вокруг черной дыры, ее близкое приближение, или периастр, могло бы увидеть, что она отклоняется достаточно близко, чтобы удалить материал, прежде чем она снова улетит.
Когда этот материал сталкивается с аккреционным диском, он вызывает вспышку. И именно это, кажется, происходит.
Имея в виду этот сценарий, команда проанализировала наблюдения. Они проанализировали кривую блеска каждой вспышки, а также сравнили ее с другими известными событиями приливного разрушения черных дыр. И они определили, что звезда, вероятно, вращается вокруг сверхмассивной черной дыры с массой 78 миллионов солнечных элементов.
При каждом ближайшем приближении звезда теряет около 0,3 процента массы Солнца - около трех Юпитеров - в черную дыру, которая может вызвать наблюдаемые вспышки, позволяя звезде жить. "Если гигантская звезда с пухлой оболочкой проходит близко, но не слишком близко, по очень вытянутой орбите, то черная дыра может украсть часть внешнего материала, не разрывая всю звезду на части", - сказал астроном Бенджамин Шеппи из Института астрономии Гавайского университета. “В этом случае гигантская звезда будет просто возвращаться снова и снова, пока звезда не истощится."
Неясно, как долго звезда и черная дыра поддерживают этот танец, поэтому трудно вычислить, как долго звезда исчезла. Но команда предсказала, когда произойдут следующие две вспышки - в апреле и августе этого года, - и планирует сделать еще больше наблюдений.
Это крайне редкая возможность понять процесс увеличения массы сверхмассивных черных дыр.
“В общем, мы действительно хотим понять свойства этих черных дыр и то, как они растут", - сказал астроном Крис Станек из Университета штата Огайо. “Возможность точно предсказать время следующего эпизода позволяет нам получить данные, которые мы не могли бы получить иначе, и мы уже получаем эти данные.“
Исследование было представлено на 237-м заседании Американского астрономического общества . Он также будет отправлен в Астрофизический журнал и доступен на arXiv.
Напомним, что ранее сообщалось, что черные дыры могут расти и без звезд.
