Как чёрная дыра разрывает звезду и даёт вспышку ^{CEFR B2}

Супермассивные чёрные дыры не излучают напрямую; их присутствие видно по движению звёзд и газа вокруг них. В центре Млечного Пути находится Стрелец A* (Sagittarius A*) с массой около четырёх миллионов Солнц. Новое исследование в The Astrophysical Journal Letters (Эрик Кофлин и коллеги) детально рассматривает судьбу звезды, подошедшей слишком близко к такой дыре.

Чёрная дыра гравитационно вытягивает звезду в длинный тонкий поток обломков, который затем обвивает центральный объект — явление, обусловленное общей теорией относительности. Части циркулирующего потока могут сталкиваться между собой и давать мощные вспышки излучения, а затем вещество медленно спирально падает внутрь в процессе аккреции. В сумме столкновения и аккреция излучают столько энергии, что событие временами может затмить всю галактику (приблизительно свет триллиона Солнц).

Высокоточные компьютерные симуляции под руководством Лучо Майера с участием Кофлина применяли метод сглаженных частиц гидродинамики, где поведение множества частиц задают уравнения Навье—Стокса. Модели использовали десятки миллиардов частиц и GPU на мощных суперкомпьютерах и показывают, что разрушенный газ формирует узкий, когерентный поток, идущий по предсказуемой траектории до само-пересечения.

Авторы отмечают, что ранние симуляции с низким разрешением давали распылённую картину обломков и избыточную диссипацию. На результат события сильное влияние оказывают три ключевых фактора:

• масса чёрной дыры,
• вращение чёрной дыры,
• ориентация вращения относительно орбиты обломков.

Вращающаяся чёрная дыра вызывает узловую прецессию, которая может сместить поток из исходной плоскости; тогда само‑столкновение может задержаться на несколько орбит, что изменит время и яркость вспышки. Такие эффекты помогают объяснить разнообразие наблюдаемых световых кривых TDE. С последующими симуляциями и новыми сильными телескопами астрономы смогут яснее «считывать» эти сигналы.