Радиосигнал от гибели звезды оказался в сотню раз ярче сверхновых — и указал на редчайшие чёрные дыры промежуточной массы
Вспышка, которая не укладывалась в шаблоны
В 2019 году астрономы заметили в ядре карликовой галактики, удалённой от Земли примерно на миллиард световых лет, необычную вспышку. Она началась как быстрый голубой оптический транзиент — класс объектов, которые ярко вспыхивают в синем диапазоне и быстро угасают. Оптический пик события, получившего обозначение AT2019ijn, достиг абсолютной звёздной величины g = –21,1 менее чем за шесть дней. Для обычной сверхновой такой стремительный подъём уже был бы аномалией, но главный сюрприз ждал впереди.
Когда оптическое послесвечение почти погасло, радиоизлучение вспышки продолжало нарастать. На 641-й день после первого обнаружения, в трёхгерцовом диапазоне, светимость AT2019ijn достигла (2,0 ± 0,1) × 10³¹ эрг/с/Гц — это как минимум в сто раз больше, чем у других радиоярких быстрых голубых оптических транзиентов и сверхновых на аналогичной стадии эволюции. Такая колоссальная радиоэнергия не укладывалась в привычные шаблоны.
Астрономы, объединив данные радиотелескопов VLA (США), GMRT (Индия) и других обсерваторий, пришли к выводу: AT2019ijn — это не просто вспышка сверхновой, а приливное разрушение звезды чёрной дырой. Звезда, подошедшая слишком близко к чёрной дыре, была разорвана её гравитацией, и часть вещества, падая на дыру, породила мощнейший выброс энергии. Но самое интересное — масса чёрной дыры, ответственной за это событие, оказалась промежуточной: она не относится ни к компактным звёздным чёрным дырам (в несколько десятков масс Солнца), ни к сверхмассивным монстрам в центрах галактик. Именно такие объекты — чёрные дыры промежуточной массы — редко поддаются прямому наблюдению, и AT2019ijn стала одной из немногих зацепок для их изучения.
Работа китайской группы, опубликованная в The Astrophysical Journal Letters, показала: если бы астрономы ограничились только оптическими данными, они бы пропустили истинную природу вспышки. Позднее радиоэхо, разгоравшееся почти два года, стало ключом к разгадке. AT2019ijn заставила пересмотреть, как искать чёрные дыры промежуточной массы — возможно, многие из них скрываются за вспышками, которые сначала кажутся обычными быстрыми транзиентами.
Приливное разрушение: звезда, разорванная чёрной дырой
Когда звезда подходит слишком близко к чёрной дыре, гравитация разрывает её на части — это называется приливным разрушением. Именно такой сценарий разыгрался в событии AT2019ijn, которое сначала приняли за быстрый голубой оптический транзиент. Но данные с радиотелескопов VLA, GMRT и ASKAP показали: звезду разорвала чёрная дыра, а релятивистский джет оказался направлен под углом к Земле, что и объяснило поздний радио-пик.
Вспышку зафиксировали в ядре карликовой галактики на расстоянии около миллиарда световых лет. Оптический пик достиг абсолютной яркости g = –21,1 меньше чем за пять с половиной дней — для сверхновой это необычно резкий старт. Но главное развернулось позже: радиоизлучение нарастало почти два года и вышло на максимум только на 641-й день после первого оптического обнаружения. В трёхгерцовом диапазоне светимость составила (2,0 ± 0,1) × 10³¹ эрг/с/Гц — как минимум в сто раз больше, чем у других радиоярких быстрых голубых оптических транзиентов и сверхновых на той же стадии.
Такое запоздалое радиоэхо — ключ к разгадке. Если бы астрономы смотрели только на первый оптический всплеск, они бы пропустили истинную природу события. Анализ многодиапазонных данных показал: чёрная дыра, разорвавшая звезду, относится к редкому промежуточному классу — её масса больше звёздной, но меньше сверхмассивной. Именно такие объекты обычно ускользают от прямых наблюдений, и AT2019ijn стал одним из немногих подтверждённых примеров.
Чёрные дыры промежуточной массы: пропущенное звено
Масса источника, обнаруженного по радиосигналу от гибели звезды, оценивается в несколько десятков тысяч солнечных — это попадает в редкий диапазон между звёздными чёрными дырами (3–150 масс Солнца) и сверхмассивными (миллионы и миллиарды масс Солнца). Такие объекты называют чёрными дырами промежуточной массы, и они долгое время оставались «пропущенным звеном» в эволюции чёрных дыр.
Ранее их удавалось находить лишь косвенно. Например, в центре шарового скопления ω Центавра (NGC 5139) — самого массивного звёздного скопления в нашей Галактике — астрофизики давно подозревали наличие чёрной дыры промежуточной массы. Гипотеза была выдвинута ещё 16 лет назад, и лишь в 2024 году международный коллектив учёных подтвердил её, изучив движения быстрых звёзд в скоплении. Однако такие находки — редкость: чёрные дыры промежуточной массы не дают ярких рентгеновских или радиосигналов, пока не «пообедают» звездой.
Событие AT2019ijn — приливное разрушение звезды в ядре карликовой галактики — позволило засечь чёрную дыру именно этого класса. Радиоизлучение от вспышки разгоралось почти два года и на пике (641-й день) оказалось в сто раз ярче, чем у типичных сверхновых и других быстрых голубых оптических транзиентов. Такая мощная радиовспышка — характерный признак того, что звезда была разорвана чёрной дырой промежуточной массы, а не звёздной или сверхмассивной. Без длительного радиомониторинга этот объект остался бы незамеченным.
Новый метод поиска невидимок
Радиосигнал от приливного разрушения звезды AT2019ijn оказался в сто раз ярче, чем у типичных сверхновых и других быстрых голубых оптических транзиентов. Это открытие не только подтвердило редкость события, но и указало на новый способ поиска чёрных дыр промежуточной массы — объектов, которые обычно ускользают от прямых наблюдений.
Вспышку зафиксировали в ядре карликовой галактики на расстоянии около миллиарда световых лет от Земли. Оптический пик достиг абсолютной яркости g = –21,1 менее чем за шесть дней — резкий старт, характерный для приливных разрушений. Однако главное открытие ждало впереди: радиоизлучение нарастало почти два года и вышло на максимум лишь на 641-й день после первого оптического обнаружения. На частоте 3 ГГц светимость составила (2,0 ± 0,1) × 10^31 эрг/с/Гц — как минимум в сто раз больше, чем у других радиоярких быстрых голубых оптических транзиентов и сверхновых на аналогичной стадии.
Такое долгоживущее и мощное радиоизлучение — ключ к поиску чёрных дыр промежуточной массы. Обычно их обнаруживают по оптическим вспышкам, но если смотреть только на первый всплеск и не ждать позднего радиоэха, эти объекты легко пропустить. Теперь астрономы знают: радиосигнал от приливного разрушения может быть настолько ярким, что позволяет засечь чёрную дыру, даже когда оптическое излучение уже затухло. Это открывает новую стратегию охоты на «невидимок» — чёрные дыры, масса которых лежит между звёздными и сверхмассивными.
Загадки ранней Вселенной и маленькие красные точки
Открытие необычайно яркого радиосигнала от гибели звезды, указавшего на чёрную дыру промежуточной массы, перекликается с другими загадками ранней Вселенной, которые ставят астрофизиков в тупик. Телескопы Euclid и James Webb находят сверхмассивные чёрные дыры в эпоху, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет, — и эти дыры почему-то уже успели вырасти до миллиардов солнечных масс, хотя окружающие их галактики ещё только формируются.
Особый интерес вызывают так называемые «маленькие красные точки» — объекты, которые выглядят как сверхмассивные чёрные дыры, лишённые галактической оболочки. Заведующий лабораторией экспериментальной астрофизики ИКИ РАН Сергей Сазонов пояснил ТАСС: эти объекты ставят перед наукой вопрос: почему чёрная дыра уже выросла, а её галактика остаётся в зачаточном состоянии? Это остаётся большой загадкой.
Ранее Калифорнийский университет в Санта-Барбаре сообщил, что телескоп Euclid обнаружил в ранней Вселенной десятки квазаров — активных ядер далёких галактик со сверхмассивными чёрными дырами. А в мае NASA и Европейское космическое агентство объявили, что James Webb нашёл один из наиболее вероятных кандидатов на первичную чёрную дыру — объект, образовавшийся без коллапса звезды и до появления своей галактики.
Дополнительные детали дают рентгеновские наблюдения. Астрономы NASA с помощью телескопа Chandra обнаружили невероятно горячие выхлопные газы одного из древнейших квазаров: температура достигает 36 миллионов градусов по Фаренгейту, а выбросы распространяются примерно на 100 000 световых лет. Квазар расположен в центре формирующегося протоскопления MQN01 и появился спустя 2,1 миллиарда лет после Большого взрыва. Эти структуры из раскалённого газа со временем превратятся в атмосферу, окружающую современные скопления галактик. Обнаружение стало возможным после 180 часов наблюдений с использованием метода, обычно применяемого для изучения галактик Сейферта. Себастьяно Канталупо из Миланского университета Бикокка отметил, что главный вопрос — какие условия способствуют нагреву газа, и данные демонстрируют необычайные свойства, которые могут дать первое представление о формировании горячей фазы окологалактической среды.
Все эти находки — и «маленькие красные точки», и квазары без галактик, и первичные чёрные дыры — указывают на то, что в ранней Вселенной процессы роста чёрных дыр и формирования галактик могли идти не синхронно. Возможно, чёрные дыры промежуточной массы, подобные той, что выдал радиосигнал AT2019ijn, были теми самыми «зародышами», которые затем стремительно набирали массу, опережая рост своих галактик. Но пока это лишь гипотезы, и каждая новая находка лишь добавляет загадок.
