Исследования космоса традиционно затруднены из-за наличия космической пыли, поглощающей свет и препятствующей оптическому наблюдению далеких объектов. Однако мощь и чувствительность нового космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) открывают невиданные ранее возможности для астрономов наблюдать за галактиками, окруженными плотными облаками пыли и газа. Одним из наиболее впечатляющих результатов таких наблюдений стали выявления так называемых событий приливного сдвига – редких и драматических случаев, когда черная дыра растягивает и разрывает близко пасущуюся звезду, поглощая ее материю и излучая при этом огромные потоки энергии. Несмотря на то что подобные явления известны астрономам с 1990-х годов, до недавнего времени они преимущественно фиксировались в относительно чистых, «прозрачных» галактиках – поскольку стандартные оптические и рентгеновские телескопы не могли проникнуть сквозь пыльные покровы. Исследовательская группа из Массачусетского технологического института, Колумбийского университета и ряда международных партнеров поставила перед собой задачу найти доказательства подобных катастрофических событий именно в плотных, пыльных галактиках, где такие явления прячутся от традиционного наблюдения.
Ключом к решению проблемы стал переход на инфракрасное наблюдение, где пылевые облака не так поглощают излучение. В частности, ученые использовали способности JWST детектировать инфракрасные спектры с невиданной ранее точностью и чувствительностью. Их работа основывалась на предыдущих исследованиях, выполненных с помощью космического аппарата NEOWISE, который с помощью уникального алгоритма искал всплески инфракрасного излучения в течении десятилетий, указывающие на кратковременные фазы активности черных дыр. Результатом стало выделение двенадцати потенциальных событий приливного сдвига, происходивших в галактиках с повышенным содержанием пыли. Однако именно наблюдения JWST позволили окончательно подтвердить природу этих явлений.
В четырех выбранных случаях удалось зарегистрировать характерные инфракрасные спектральные линии, свидетельствующие о том, что в центре этих галактик бушевала черная дыра, поглощавшая остатки разрушенной звезды. Особый интерес ученых вызвало обнаружение явных «отпечатков» аккреционного процесса – образования диска из вещества, движущегося по спирали к горизонту событий. Аккреция в этих условиях высвобождает такую энергию, что способна ионизировать атомы неона и других элементов, что, в свою очередь, рождает уникальное инфракрасное излучение, зафиксированное JWST. Эта особенность выступила как «курительная трубка», позволяющая безошибочно идентифицировать активность именно черной дыры, а не другие возможные астрономические феномены. Дальнейший анализ показал, что эти черные дыры не были активны до обнаруженных событий: их окружение значительно отличалось от пылевых структур, свойственных активным галактикам, где наблюдается постоянное поглощение вещества.
Ученые пришли к выводу, что эти черные дыры были в «спящем» состоянии, пока внезапно не подверглись атаке пересекающей их пути звезды. Возникновение аккреционного диска и ярких вспышек излучения стало следствием именно этого редкого и драматичного взаимодействия. Открытия подчеркивают огромный потенциал JWST для исследований нескольких десятков таких ранее скрытых приливных сдвигов, благодаря способности проникать через пыль и изучать ключевые спектральные особенности. Ученые теперь способны визуализировать и характеризовать условия вокруг черных дыр в периоды их пробуждения, что приносит новую информацию о природе их активности, а также о свойствах звезд, потерявших борьбу за существование. Кроме того, наблюдения дают уникальную возможность измерять параметры черных дыр – их массу, скорость вращения, а также динамику аккреционного процесса и скорости перераспределения звездного материала.
Очень важно отметить, что процесс поглощения звезды черной дырой занимает длительное время, и теперь космологи могут приступать к тому, чтобы поэтапно прослеживать развитие таких событий, их влияние на окружающее пространство и взаимодействие с галактической средой. Это открывает новые перспективы в изучении формирования галактик и эволюции черных дыр. В будущем исследователи намерены расширить поиск и изучение приливных сдвигов с помощью объединения данных JWST, NEOWISE и других инфракрасных телескопов. Чем больше таких событий будет обнаружено, тем глубже станет понимание черных дыр, а также роли, которую они играют в жизни галактик и космоса в целом. Наблюдения JWST помогают создавать более целостную картину черных дыр не только как пассивных гравитационных ловушек, но и как динамичных и сложных систем, способных влиять на ход звездной эволюции, а следовательно – на структуру и развитие Вселенной.
Перспективы исследований, открываемых новейшими возможностями инфракрасной астрономии, выглядят многообещающими. Невидимые раньше звезды, разрываемые черными дырами под толщей пыли, теперь доступны для изучения, что изменит представления о масштабах и характере активности сверхмассивных черных дыр в различных типах галактик. Благодаря инновационным инструментам JWST человечество делает еще один шаг к раскрытию древних секретов космоса, приоткрывая завесу над одним из самых драматичных и ярких процессов во Вселенной – звездной пожиранием черными дырами в самых неожиданных и скрытых уголках галактик.
