Разрушительная гравитация черных дыр дала сбой: астрофизики зафиксировали странную закономерность

Астрофизики из Сиракузского университета разработали гидродинамическую модель, которая объясняет, почему при повторяющихся частичных разрывах звезд (rpTDE) вспышки света вокруг сверхмассивных черных дыр становятся слабее. Результаты указывают на решающую роль скорости вращения звезды, однако модель описывает лишь один из возможных сценариев захвата звезды черной дырой.

Фото: Designed by Freepik by freepik, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Иллюстрация магической фантастической черной дыры

Механика повторяющихся вспышек

Повторяющиеся частичные разрывы происходят, когда звезда проходит близко к сверхмассивной черной дыре, но не пересекает горизонт событий. Гравитация черной дыры отрывает часть вещества звезды, которое затем падает в черную дыру, создавая яркую вспышку. В отличие от полного поглощения, при частичном разрыве звезда сохраняет орбиту и возвращается в точку сближения, что приводит к серии вспышек.

Анализ десяти таких событий показал, что в четырех случаях последующие вспышки оказывались значительно тусклее, чем предсказывали стандартные модели. Обычная потеря массы не объясняла этот эффект: звезды с большой массой более плотные и должны терять вещество более равномерно.

Влияние вращения и гидродинамика

Для поиска причины затухания вспышек исследователи провели гидродинамическое моделирование поведения массивных звезд главной последовательности. В ходе симуляций ученые обнаружили, что при каждом сближении с черной дырой на звезду воздействует крутящий момент, который ускоряет ее вращение вокруг своей оси.

Повышение скорости вращения меняет структуру звезды и ее взаимодействие с приливными силами. В результате при последующих прохождениях черная дыра отрывает меньше вещества, что напрямую ведет к снижению яркости вспышки. Таким образом, затухание света является следствием динамического изменения спина звезды.

Астрофизик Алексей Руднев отмечает, что подобные расчеты позволяют связать наблюдаемую фотометрию (яркость) с физическими параметрами объекта, но требуют точного понимания начальных условий, в частности, того, какой была скорость вращения звезды до встречи с черной дырой.

Проблема захвата и механизм Хиллза

Модель выявила противоречие: чтобы вспышки оставались стабильно тусклыми или имели определенную динамику, звезда должна была изначально вращаться очень быстро. Однако непонятно, как звезда может оказаться на столь тесной орбите вокруг черной дыры, сохранив при этом высокую скорость вращения.

Авторы предполагают, что здесь работает механизм Хиллза. Согласно этой теории, к черной дыре приближается двойная звездная система. Гравитация разрывает пару: одну звезду выбрасывает в открытый космос, а вторая захватывается черной дырой. Поскольку звезды в тесных двойных системах обычно приливно заблокированы, захваченная звезда обладает высоким начальным спином, что и приводит к наблюдаемым эффектам при частичных разрывах.

Работа позволяет утверждать, что скорость вращения звезды влияет на объем теряемого вещества и яркость вспышек. Однако гипотеза о механизме Хиллза как единственном источнике таких звезд остается интерпретацией. Для окончательного подтверждения необходимы наблюдения за конкретными объектами, например, звездами в окрестностях Стрельца А* в центре Млечного Пути, чтобы сопоставить их орбиты с расчетными параметрами вращения.