Швидке обертання зірок пояснює згасання спалахів біля чорних дір

04 вересня 2026 р. 00:33

04 вересня 2026 р. 00:33

Деякі зорі наближаються до надмасивних чорних дір у центрах галактик настільки, що ті буквально розтягують їх у «зоряні спагеті». Але не всі такі зустрічі закінчуються повним знищенням. Нове дослідження, описане виданням Space Astronomy , показує, чому спалахи світла від повторних «укусів» чорної діри з часом слабшають, і пов’язує це з обертанням зірок та розривом подвійних систем.

Як чорні діри «перекушують» зорями

Коли зоря надто близько підходить до надмасивної чорної діри, її охоплюють гігантські припливні сили. Вони розривають зорю на потік плазми, який обвиває чорну діру й поступово падає на неї. Частина цієї речовини викидається у вигляді струменів, що летять майже зі швидкістю світла. Такі явища називають припливними руйнівними подіями (TDE).

Інколи зоря проходить трохи далі від чорної діри: її не знищує повністю, але з поверхні знімається частина речовини. На витягнутій орбіті зоря знову й знову повертається до чорної діри, щоразу втрачаючи матеріал. Це явище отримало назву повторної часткової припливної руйнівної події (rpTDE).

Кожне таке зближення супроводжується спалахом світла з околиць чорної діри, подібним до яскравого спалаху при звичайній TDE. Проте спостереження показали дивну закономірність: у частини відомих rpTDE кожен наступний спалах стає тьмянішим.

Чому спалахи тьмянішають

Команда з Університету Сіракуз на чолі з Ананьєю Бандопадг’яєм (Ananya Bandopadhyay) шукала пояснення цьому згасанню протягом двох років. Раніше дослідники показали, що кількість речовини, яку зоря втрачає під час rpTDE, частково залежить від її внутрішньої будови, а отже — від маси.

Зорі малої маси Бандопадг’ям порівнює з «пухким безе»: вони легше деформуються припливними силами, і чорна діра може здирати матеріал з глибших шарів. Натомість зорі великої маси більше схожі на «цибулину» — з щільним ядром і шарами оболонки. У rpTDE така зоря втрачає переважно зовнішні шари, тоді як ядро краще чинить опір впливу чорної діри. З кожним проходом оболонка стоншується, і речовини для наступних «укусів» стає менше.

Однак цього пояснення виявилося недостатньо, щоб відтворити спостережуване згасання спалахів у чотирьох із десяти відомих rpTDE. Важливу роль відіграє ще один ефект — те, як чорна діра розкручує зорю.

Роль обертання зорі

У попередніх роботах команда з’ясувала, що під час rpTDE надмасивна чорна діра діє на зорю як «крутний момент»: кожне зближення змушує її обертатися швидше. Через це, навіть якщо зоря втрачає дедалі менше речовини, вона повертається до чорної діри за все коротший час. Частіші проходи допомагають підтримувати спалахи відносно яскравими.

Щоб отримати справжнє згасання, потрібен ще один «інгредієнт» — зоря, яка вже до першої зустрічі з чорною дірою оберталася дуже швидко. У такому разі додатковий крутний момент від чорної діри майже не збільшує її обертання, а період між зближеннями не скорочується. Тоді з кожним проходом зоря втрачає все менше речовини, а спалахи закономірно слабшають.

Це підводить до нового запитання: чому деякі зорі взагалі обертаються так швидко, ще до потрапляння в «зону впливу» надмасивної чорної діри?

Як розрив подвійних зір створює «швидкі» зорі

Більшість зір у галактиках існують не поодинці, а в подвійних системах. При цьому надзвичайно складно зробити так, щоб зоря опинилася на дуже тісній орбіті навколо надмасивної чорної діри з періодом у кілька місяців — але саме це спостерігається в rpTDE.

Одне з можливих рішень — процес, відомий як захоплення за Гіллсом (Hills capture). Коли подвійна зоря наближається до надмасивної чорної діри, її гравітація може розірвати систему: одну зорю викинути з галактики, а іншу — захопити на тісну орбіту.

Якщо початкова подвійна система була дуже компактною, зірки оберталися близько одна до одної. Під час розриву така зоря може отримати сильний імпульс обертання і опинитися на щільній орбіті навколо чорної діри вже як швидко обертальний об’єкт. Саме така зоря, за розрахунками команди, і дає спалахи, що помітно тьмянішають з часом.

Співавтор роботи Ерік Кофлін (Eric Coughlin) зазначає, що всі ці особливості — швидке обертання, тісна орбіта й згасання спалахів — можна пояснити єдиним механізмом: припливним руйнуванням подвійної системи та захопленням однієї з її зір.

Наслідки для нашої галактики

Автори вважають, що їхні результати є важливим кроком до розуміння фізики повторних припливних подій. Вони також можуть мати значення для Чумацького Шляху. Надмасивна чорна діра Стрілець A* (Sgr A*) зараз не демонструє rpTDE, але навколо неї обертається багато швидких зір. Нове дослідження пропонує можливе пояснення того, як ці зорі опинилися на своїх орбітах.

Робота команди була опублікована 18 серпня в журналі The Astrophysical Journal.

Наука