Enrico Ramirez-Ruiz для изучения самых мощных событий во Вселенной использует компьютерное моделирование, поэтому, когда в 2012 году астрономами впервые был зафиксирован случай «разрыва» звезды черной дырой, он поспешил сравнить полученные в ходе исследования данные со своими моделями. Он весьма скептически отнёсся в выводам учёных, согласно которым разрушенная звезда относилась к классу крайне редких гелиевых звезд.
По словам Enrico Ramirez-Ruiz, преподавателя астрономии и астрофизики в Калифорнийском университете (University of California), он был уверен том, что разрушенная звезда была вполне «нормальной» и в ходе исследований астрономам так и не удалось установить, что произошло на самом деле.
В статье, которая будет опубликована в следующем выпуске журнала Astrophysical Journal, Ramirez-Ruiz вместе со своими студентами дает детальное пояснение тому, что происходит с «нормальной», подобной Солнцу, звездой во время разрушения её сверхмассивной черной дырой. В научной публикации, автор объясняет, почему наблюдатели не нашли доказательств содержания водорода в звезде. Аспирант James Guillochon (в настоящее время научный сотрудник Harvard University и студент Haik Manukian помогали Ramirez-Ruiz в моделировании столкновений между звездами и черными дырами.
Как полагают учёные, сверхмассивные черные дыры скрываются в центрах большинства галактик. Некоторые из них (известные как активные галактические ядра) очень яркие, однако большая часть все же исчерпала свои запасы газа и в настоящее время находится в состоянии покоя. Когда звезда приближается к черной дыре слишком близко, в галактическом центре происходит яркая вспышка. Астрономы называют это явление «tidal disruption event» (TDE) – «периодическим разрушающим событием, которое происходит примерно раз на каждые 10 тысяч лет.
По словам Ramirez-Ruiz, теоретически, необходимо рассмотреть порядка 10 тысяч самых близких к Млечному Пути галактик, дабы стать свидетелем TDE. Наблюдения за этими крайне редкими событиями проводятся в рамках Pan-STARRS. Первый TDE, получивший название PS1 — 10jh, был обнаружен в 2012 году.
Спектр активного галактического ядра характеризуется отличительными «линиями эмиссии», видимыми в определённых длинах волн, соответствующими наиболее распространённым элементам, таким как водород и гелий. Эти эмиссионные линии проявляются как «шипы» в непрерывном спектре. Шокировало то, что в спектре PS1-10jh водородной эмиссии обнаружено не было.
По словам Guillochon, крайне странно было не обнаружить водород, поскольку звезды в большей степени состоят из водорода, а гелиевые звезды чрезвычайно редки. Guillochon вспоминает, что тогда сразу же возникла версия, согласно которой звезда представляла собой гигант, гелиевое ядро которого было окружено водородной оболочкой, которую в последующем поглотила черная дыра.
Guillochon начал рассматривать другие возможные объяснения, используя для этого компьютерные модели. Результаты проведенного исследования обеспечивают новое понимание происхождения линий эмиссии в TDE. Вспышка света от TDE содержит в себе информацию о типе звезды и размерах черной дыры.
Моделирование показало, что PS1- 10jh произошло при участии звезды, относящейся к наиболее распространённому типу звёзд (к которому относится и наше Солнце), и относительно небольшой сверхмассивной черной дыры.
Когда звезда начала разрушаться под воздействием черной дыры, приливные силы сначала растянули звезду, придав ей форму удлинённой капли. При разрушении была «изгнана» примерно половина массы звезды, а другая половина осталась взаимосвязанной с эллиптическими траекториями, в конечном итоге сформировав «аккреционный диск».
Ранее исследователи полагали, что несвязанный материла формирует широкий «веер», который и является источником эмиссионных линий. В ходе моделирования Guillochon установил, что несвязанный материал ограничен собственной гравитацией в узкую полосу, у которой нет достаточного количества площади для того, чтобы быть источником эмиссионных линий. Таким образом линии эмиссии исходят от аккреционного диска. Моделирование показало, что этот диск формируется в течении длительного времени, начиная от центра, плавно увеличиваясь к краям.
Согласно Ramirez-Ruiz, этот процесс подобен рождению активного галактического ядра. Линии эмиссии TDE соответствуют хорошо изученным «линиям широкой области» активных галактических ядер (AГЯ). В ВГЯ линии эмиссии различных элементов формируются на различном расстоянии от центральной чёрной дыры. Линии гелия производятся в глубине, в то время как водородные линии формируются немного ближе, там, где интенсивность атомной радиации ниже. Когда был получен спектр PS1-10jh, аккреционный диск просто не «вырос» до размеров, необходимых для форм формирования линий водорода.
Guillochon отмечает, что водород в PS1-10jh присутствует, но ввиду весьма сильной ионизации его невидно.
Совсем недавно был обнаружен ещё один TDE — PS1-11af, в спектре которого не было обнаружено, ни линий гелия, ни линий водорода. Guillochon объясняет, что это связано с тем, что спектр был взят, когда аккреционный диск был настолько мал, что увидеть в нём линии водорода или гелия просто невозможно.
В статье также говорится о том, что кривая блеска TDE может содержать в себе информацию о массах звезд и черных дыр.
