Гігантська зірка розірвана асиметричним чорним діром

На початку 2024 року об’єкт Zwicky Transient Facility (ZTF) зафіксував аномальний оптичний спалах — AT2024tvd, розташований на відстані понад 2500 світлових років від ядра своєї галактики. Рік спостережень у різних спектрах підтвердив, що цей спалах є подією приливного руйнування (TDE), що стало першим випадком виявлення TDE на візуальних довжинах хвиль навколо надмасивної чорної діри (SMBH), що знаходиться далеко від центру галактики. Тим часом друга, ще більш масивна SMBH в ядрі продовжує стабільно споживати навколишній газ.

Відкриття та підтвердження в різних спектрах

• Оптичне виявлення: Ширококутні CCD-камери ZTF сканують всю північну частину неба кожні два дні. Алгоритми диференціального зображення виявили спалах AT2024tvd з яскравістю +15 маг на довжині хвилі 480 нм, але його зміщене положення виключило його з автоматичних тригерів TDE.
• Ультрафіолетові та рентгенівські спостереження: Обсерваторія Ніла Герхелса Світф виміряла постійну ультрафіолетову температуру чорного тіла близько 30,000 K протягом більше 200 днів, тоді як Chandra зафіксувала помірну рентгенівську світність (~10⁴² ерг/с), що нижче очікувань від наднових, але узгоджується з темпами повернення TDE (Ṁ∝t⁻⁵ᐟ³).
• Радіоіміджинг: Дуже великий радіотелескоп Карла Джансі розділив як спалах, так і галактичне ядро, виявивши синхротронне випромінювання від електронів, прискорених ударною хвилею, на частоті близько 1.4 ГГц.
• Оптика високої роздільної здатності: Ширококутна камера 3 телескопа Хаббл не виявила жодного попереднього активного галактичного ядра (AGN) за координатами AT2024tvd, підтвердивши наявність бездіяльної SMBH масою близько 10⁶.7 M☉.

Рештки галактичних злиттів та динамічне тертя

Великі галактики зростають через ієрархічні злиття. Кожен предок може мати свою SMBH, що призводить до утворення популяції “блукаючих” чорних дір. Динамічне тертя від зірок і темної матерії врешті-решт тягне ці SMBH до центру, але цей процес може тривати від 10⁸ до 10⁹ років. У щільних злиттєвих середовищах тривимірні взаємодії можуть гравітаційно виштовхувати легшу SMBH в подовжені орбіти або навіть повністю викидати її з галактики.

• Часові масштаби: Формула Чандрасекхара для динамічного тертя t_df ≈ (1.17×10¹⁰ років) × (σ/200 км/с)³/(M/10⁸ M☉) свідчить про те, що SMBH масою 10⁶–10⁷ M☉ можуть залишатися на масштабах ∼kpc понад 10⁸ років.
• Гравітаційні “сліпучі”: Під час трійкових зустрічей SMBH збереження енергії може прискорювати найменш масивного члена до швидкостей ≥500 км/с, що пояснює зміщення на кілька кілопарсеків.

Фізика акреції та механізми випромінювання

Коли зірка потрапляє в приливний радіус R_T ≈ R_*(M_BH/M_*)^1/3, диференціальна гравітація перевершує самогравітацію зорі. Рештки формують акреційний диск, перетворюючи гравітаційну потенційну енергію на радіацію з ефективністю η≈0.1. Ключові діагностики:

• Темп повернення: Ṁ(t) ∝ (t − t_D)^−5/3, що визначає зниження світлової кривої.
• Спектральні лінії: Широке ультрафіолетове випромінювання від вуглецю, азоту та гелію вказує на фотоіонізацію в потоці з високою швидкістю (∼10⁴ км/с).
• Радіативна ефективність: Слабка рентгенівська світність вказує на тонкий або над-Еддінгтоновий диск, що, можливо, запускає вітри, які перетворюють рентгенівські промені в оптичні/УФ діапазони.

Імплікації для астрономії гравітаційних хвиль

Блукаючі SMBH є перспективними об’єктами для місії LISA. Коли вони спірально наближаються до галактичних центрів, вони випромінюють гравітаційні хвилі низької частоти (10⁻⁴–10⁻¹ Гц). Моніторинг TDE навколо нецентральних SMBH забезпечує електромагнітні “мітки”, які можна корелювати з майбутніми виявленнями LISA, що дозволяє накладати обмеження на:

• Маси та оберти SMBH: GW-інспірації вимірюють маси спіральних об’єктів, тоді як світлові криві TDE обмежують фізику формування дисків.
• Історії злиттів: Частота TDE, що відбуваються не в центрі, відстежує частоту минулих злиттів галактик та тривимірних взаємодій.

Перспективи та спостережні стратегії

Виявлення TDE, що відбуваються не в центрі, вимагає відокремлення автоматизованих процесів від припущення про ядерне розташування. Майбутні огляди зіграють ключову роль:

• Обсерваторія Вери С. Рубін (LSST): З полем зору 6.7 градусів² та глибшою межою яскравості (r∼24.5), LSST відкриє тисячі TDE на рік, включаючи ∼10% на кілопарсекових відстанях.
• Космічні телескопи Euclid та Roman: Можливості в ближньому ІЧ-діапазоні дозволять дослідити ядра, закриті пилом, розрізняючи справжні нецентральні SMBH від затемнених центральних спалахів.
• Високочутливе інтерферометрія: Наступні покоління VLBI та рентгенівських інтерферометрів можуть безпосередньо знімати масштаби горизонту подій, щоб підтвердити зміщення SMBH.

AT2024tvd демонструє, як нецентральні SMBH продовжують впливати на еволюцію галактик і пропонує план для інтегрованих оптичних, радіо, рентгенівських та гравітаційно-хвильових досліджень у найближчому десятилітті.

Посилання та подальше читання

• Яо, Y. та ін. “AT2024tvd: Подія приливного руйнування з кілопарсековим зміщенням.” Листи Астрономічного Журналу (в друці), arXiv:2502.17661.
• Комосса, S. “Приливне руйнування зірок надмасивними чорними дірами: Стан спостережень.” Журнал високої енергії астрономії, 2015.
• Джероса, D. & Дворкін, I. “Мультимесенджерні сигнатури блукаючих чорних дір.” Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства, 2024.