Що стається зі зіркою біля чорної діри – нове пояснення вчених

• Астрономи змоделювали, як зірка руйнується біля чорної діри, утворюючи потужні спалахи енергії, що перевершують світність галактики.
• Дослідження показало, що маса, швидкість обертання і орієнтація чорної діри впливають на поведінку потоку речовини, що дозволяє виявляти приховані чорні діри.

Астрономи детально змоделювали, що відбувається, коли зірка наближається до надмасивної чорної діри. Дослідження пояснює, як такі події допомагають виявляти об’єкти, які самі по собі невидимі.

Надмасивні чорні діри, які розташовані в центрах більшості галактик, залишаються одними з найзагадковіших об'єктів у Всесвіті. Вони можуть мати масу в мільйони або навіть мільярди разів більшу за Сонце. У центрі Чумацького Шляху знаходиться Sagittarius A* – чорна діра масою приблизно чотири мільйони сонячних мас. Про це пише Futurity.

Дивіться також На Марсі помітили, як древній вулканічний попіл змінює поверхню планети

Як чорна діра руйнує зірку і чому це важливо?

Проблема в тому, що такі об'єкти не випромінюють світло, тому їх можна досліджувати лише опосередковано – за впливом на навколишні зорі та газ. Одним із ключових способів є спостереження за так званими подіями приливного руйнування.

Нове дослідження, опубліковане в журналі The Astrophysical Journal Letters, під керівництвом Eric Coughlin із Syracuse University пояснює, що відбувається, коли зірка підходить занадто близько до чорної діри.

Зірка не зникає миттєво. Потужна гравітація розтягує її в довгий потік речовини. Згодом цей потік починає обертатися навколо чорної діри. Важливо, що цей процес пояснюється не класичною фізикою, а ефектами General Theory of Relativity.

Коли частини цього потоку стикаються між собою, виникають потужні спалахи енергії. Після цього речовина поступово "падає" в чорну діру. Обидва процеси – зіткнення і подальше поглинання – створюють настільки яскраве випромінювання, що воно може тимчасово перевершити світність усієї галактики.

Такі явища називають подіями приливного руйнування, або TDE. Вони є одним із небагатьох способів досліджувати приховані чорні діри в інших галактиках.

Щоб краще зрозуміти ці процеси, вчені використали сучасні комп'ютерні моделі. Команда під керівництвом Lucio Mayer з University of Zurich застосувала метод гідродинаміки частинок. У моделі зірка розбивається на мільярди умовних частинок, які взаємодіють між собою за законами руху рідин, описаними рівняннями Navier–Stokes equations.

Завдяки використанню потужних суперкомп'ютерів і графічних процесорів вдалося отримати значно точнішу картину. Виявилося, що речовина не розлітається хаотично, як припускали раніше, а формує вузький і впорядкований потік, який рухається передбачуваною траєкторією.

Дослідження також показало, що на перебіг подій впливають три фактори – маса чорної діри, швидкість її обертання і орієнтація цього обертання. Якщо чорна діра обертається, виникає ефект так званої вузлової прецесії, коли траєкторія потоку зміщується. Через це частини потоку можуть не одразу зіткнутися, а зробити кілька обертів перед цим.

Це допомагає пояснити, чому події приливного руйнування виглядають по-різному. Одні спалахи виникають швидко і швидко зникають, інші тривають довше. Різниця в поведінці може бути пов'язана не лише з масою чорної діри, а й з її обертанням.

Таким чином, коли зірка руйнується, це створює своєрідний сигнал, який дозволяє виявити невидиму чорну діру. Завдяки новим моделям і більш потужним телескопам астрономи поступово вчаться точніше "читати" ці сигнали.