В жизни некоторых галактик, беззаботно вращающихся в космическом пространстве, наступает момент, когда из её центра вырывается мощная вспышка света. Звезда, орбита которой расположена слишком близко к горизонту событий центральной сверхмассивной черной дыры галактики, разрывается на части под воздействием силы тяжести, разогревая газ и отсылая «маяки» в далёкие пределы Вселенной.
Во Вселенной находятся десятки миллиардов галактик, как астрономам удается увидеть это? На что похожи такие «маяки»? Как их можно отличить от других маяков, в частности, от монументальных межгалактических событий, таких как взрывы сверхновых?
По словам Тamara Bogdanovic из Georgia Institute of Technology, черные дыры сами по себе не излучают свет. Наилучшая возможность обнаружить их в отдалённых галактиках предоставляется тогда, когда они взаимодействуют с звездами и газом, окружающим их, отмечает исследователь.
В последнее десятилетие, благодаря более совершенным телескопам и методам наблюдения, предназначенным для многократного рассмотрения огромного множества галактик на небе, учёные заметили, что некоторые галактики, которые ранее казались им бездействующими, внезапно стали излучать поток света из галактического центра.
Как объясняет Bogdanovic, у этой вспышки света, как было установлено, специфическое поведение изменяется со временем. По её словам, всё начинается с яркой вспышки света, которая со временем угасает. Астрономы идентифицировали галактики, центральные черные дыры которых не только разрушили, но и «съели» звезды.
При проведении исследований Bogdanovic полагается на суперкомпьютеры, финансируемые Национальным научным фондом, в частности на Stampede, расположенный в Texas Advanced Computing Center, и Kraken, базирующийся в National Institute for Computational Sciences. Используя эти системы, она и её коллеги недавно смоделировали динамику этих сверхмощных сил и очертили их поведение посредством многочисленных числовых моделей. Суперкомпьютеры Stampede и Kraken — это часть Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE), единственной виртуальной системы, которую учёные использую для распространения числовых данных.
Комбинируя вычислительные и теоретические подходы, Bogdanovic пытается спрогнозировать «подписи» события «поглощения звезды черной дырой», больше известного как «приливное разрушение». Подобного рода события будут налаживать специфически отпечаток на данные наземных космических обсерваторий.
«Приливные разрушения» относятся к категории редких космических явлений. Астрофизики подсчитали, что в Млечном Пути такое явление происходит раз на 10 тысяч лет. Световая вспышка полностью исчезает только через несколько лет. Столь значимая разница в во времени выдвигает на первый план проблематичность проведения подобного рода наблюдений и подчеркивает важность астрономических исследований, которые направлены на контроль за одновременно несколькими галактиками.
На сегодняшний день астрономами обнаружено лишь несколько десятков таких специфических подписей, ставших «кандидатами» на приливное разрушение. Благодаря данным PanSTARRS, Galex, Palomar Transient Factory и прочих предстоящих астрономических исследований становится понятно, что наблюдаемый «дефицит» совсем скоро изменится, полагает Bogdanovic.
Фиксируя сотни таких событий, астрономы будут совершенствовать свое представление о «черных дырах и звездах вокруг них, способствуя идентификации некоторых ключевых аспектов физики галактики».
По словам Bogdanovic, разнообразие в типах разрушаемых звезд говорит о составе звездных скоплений в центрах галактик. Это может дать учёным представление о том, сколько именно красных гигантов и белых карликов содержится в галактике, отмечает исследователь. Она также уверена, что данная информация позволит больше узнать о населении и свойствах сверхмассивных черных дыр, играющих ведущую роль в приливном разрушении.
В недавней статье, опубликованной в журнале «Astrophysical Journal», Тamara Bogdanovic вместе с Roseanne Cheng из Center for Relativistic Astrophysics at Georgia Tech и Pau Amaro-Seoane из Albert Einstein Institute (Германия) представили результаты компьютерного моделирования приливного разрушения гигантской красной звезды сверхмассивной черной дырой.
Статья также опирается на открытие приливного разрушения, в котором черная дыра «уничтожила» богатое гелием звездное ядро, которое, как полагают учёные, было остатком красной гигантской звезды, названной PS1- 10jh, расположенной в 2,7 млрд световых лет от Земли.
Описанная учёными последовательность событий призвана объяснить некоторые необычные аспекты, в частности, отсутствие водородных линий эмиссии в спектре PS1- 10jh.
Для того, чтобы продолжить это теоретическое исследование, команда прибегла к компьютерному моделированию посредством суперкомпьютеров Stampede и Kraken. Моделирование позволит воссоздать цепочку событий, в ходе которых ядро звезды, похожее на остаток фрагментированного в результате периодического разрушения красного-гиганта, может развиваться за счет воздействия гравитационных потоков массивной черной дыры.
Исследование показывает, что компьютерное моделирование дополняет теоретическую информацию и данные наблюдений. Тamara Bogdanovic намерена использовать информацию, полученную в ходе моделирования, для того, чтобы расшифровать «подписи», наблюдаемые во время событий приливного разрушения.
