Звезда ударяется об аккреционный диск: новое объяснение загадочных вспышек

Квазипериодические извержения (QPE) — это повторяющиеся мягкие рентгеновские вспышки в ядрах галактик, длящиеся от нескольких часов до нескольких дней. Их происхождение долгое время оставалось загадкой. Новая работа, опубликованная на arXiv, предлагает механизм, основанный на столкновениях звезды с аккреционным диском вокруг сверхмассивной черной дыры.

Ученые провели трехмерные гидродинамические симуляции с использованием кода Athena++ для системы с черной дырой массой около миллиона солнечных масс. Моделирование учитывало приливные силы, кеплеровское вращение диска и орбитальные периоды, близкие к наблюдаемым у QPE.

После каждого пролета сквозь диск звезда теряет часть вещества, которое образует протяженный, асимметричный поток обломков. При следующем витке орбиты этот поток снова сталкивается с диском, порождая ударную волну и мощную вспышку. В симуляциях как вещество звезды, так и газ диска могут нагреваться до высоких температур и формировать истечение, похожее на ветер.

Исследователи оценили длительность вспышек: она определяется временем, за которое поток обломков успевает пересечь диск. Этот показатель оказался постоянным — около 10-20% от орбитального периода, что согласуется с наблюдениями QPE. При этом полная энергия, выделяемая в столкновении, соответствует энергии наблюдаемых вспышек.

Результаты показывают, что на один оборот звезды вокруг черной дыры обычно приходится одна вспышка. Исключение составляют самые короткие орбиты, где энергия от удара по звезде и по диску может быть сопоставима, что потенциально ведет к дополнительным всплескам.

Авторы отмечают, что вариации в плотности и форме потока обломков могут приводить к изменениям времени пика вспышки относительно момента столкновения. Это объясняет разнообразие наблюдаемых кривых блеска QPE и открывает путь к более точным моделям таких событий.

Работа также имеет значение для понимания других транзиентов в ядрах галактик, например, приливных разрушений звезд и повторяющихся рентгеновских вспышек. Дальнейшие наблюдения и симуляции позволят уточнить роль звездно-дисковых столкновений в динамике активных галактических ядер.