Ночное небо заполнено всплесками и вспышками, постоянно меняющимся морем огней. Некоторые из этих изменений связаны с событиями, связанными с Землей, такими как самолеты, пролетающие над головой, но некоторые происходят из отдаленных источников в космосе. Астрономы охотятся за этими мимолетными явлениями, известными как астрономические переходные процессы, регулярно наблюдая за небом и выискивая появляющиеся различия.
Недавно исследователи обнаружили переходный процесс, который затмевает все другие подобные ему — сверхновую, известную как AT2020mrf. Они описали свое открытие в статье, размещенной на сервере препринтов arXiv.org в декабре прошлого года и представлен в Астрофизический журнал. Они также представили его на виртуальной пресс-конференции на заседании Американского астрономического общества 2022 года в январе. Эта сверхновая была одной из самых ярких и энергичных звездных смертей, когда-либо наблюдавшихся, и она может дать редкое представление о том, как массивные звезды порождают некоторые из самых странных объектов Вселенной: черные дыры и нейтронные звезды.
Самые большие звезды умирают впечатляющим образом.
Они взрываются с энергией неиллиона (то есть “1” с 30 нулями за ним) атомных бомб в сверхновой, сияя так ярко, что иногда мы даже можем видеть их в ночном небе невооруженным глазом. AT2020mrf был в рентгеновских лучах в 10 000 раз ярче, чем обычная сверхновая. Это последовало за несколькими другими сверхяркими событиями, которые наблюдались в последние годы — астрономы называют их “коровоподобными” сверхновыми, или “коровами”, после того, как был обнаружен первый из их типов: AT2018cow. В отличие от традиционных сверхновых, коровы ярко светят в высокоэнергетических рентгеновских лучах и радиоизлучении (большинство сверхновых светят ярче всего в видимом свете). Но AT2020mrf была самой яркой коровой из всех — в 20 раз ярче оригинала.
Астрономы Юхан Яо и Шри Кулкарни, оба из Калифорнийского технологического института, вместе с Анной Хо из Калифорнийского университета в Беркли и Дэниелом Перли из Ливерпульского университета Джона Мурса в Англии, впервые заметили этот взрыв в июне 2020 года на изображениях в видимом свете, полученных с помощью ZTF, автоматизированного телескопа в Паломарской обсерватории в Калифорнии. Яркое пятно, которое они увидели, первоначально казалось чем-то ничем не примечательным, и астрономы игнорировали это событие почти год спустя.
В апреле 2021 года российские ученые, сотрудничающие с группой Яо, заметили то же самое событие, просматривая данные своей рентгеновской обсерватории "Спектр-Рентген-гамма" (SRG). Их снимки, сделанные в июле 2020 года, показали рентгеновские лучи в том же месте, что и яркое пятно в данных ZTF. Услышав эту новость, Яо сразу же переключился на таинственные события, похожие на корову, потому что это единственный известный тип сверхновой, излучающий так много рентгеновских лучей. Хотя прошел год, первоначальный взрыв от AT2020mrf был настолько невероятно ярким, что Яо подозревала, что она все еще может увидеть его с помощью рентгеновской обсерватории Чандра. Ее расчеты были правильными, и наблюдения ясно показали, что она светилась в 200 раз ярче, чем первоначальная корова, через год после взрыва AT2020mrf.
“Это было действительно очень полезно, когда SRG увидела этот источник, потому что мы думали, что, возможно, [события, подобные корове], могут быть обнаружены сначала на рентгеновском снимке”, - говорит Яо. “Это первый раз, когда один из них действительно был обнаружен на рентгеновском снимке”.
Астрономы все еще ломают голову над тем, что делает эти сверхновые особенными. Современная теория состоит в том, что у коров есть очень активный “центральный двигатель” — нечто, оставленное ядром звезды, такое как черная дыра, пожирающая материю, или быстро вращающаяся нейтронная звезда, которая обеспечивает энергию сверхновой. У них также меньше материала, покрывающего эту центральную область, чем у большинства взрывающихся звезд, что обеспечивает обзор их интересного центра.
Звезды, которые производят события, подобные коровьим, по-видимому, выбрасывают материал по мере приближения к своей смерти, делая окружающую среду вокруг них более плотной, а сами звезды немного меньше.
Когда они взрываются, в непосредственной близости от ядра звезды остается меньше газа, что позволяет рентгеновским лучам из центрального двигателя выходить наружу. Ударная волна, которую сверхновая посылает через окружающее пространство, также нагревает новую плотную среду, создавая наблюдаемое астрономами радиоизлучение. Яо думает, что, возможно, AT2020mrf был даже ярче, чем у большинства коров, потому что он сбросил еще большую массу, позволив центральному двигателю так ярко просвечивать в рентгеновских лучах.
AT2020mrf действительно является захватывающим событием, как для того, что оно подтверждает растущий класс [объектов, похожих на корову], так и для того, что оно говорит нам о разнообразии этих таинственных звездных взрывов”, - говорит Брайан Мецгер, астрофизик из Колумбийского университета и Центра вычислительной астрофизики.
Имея всего четыре ранее известных события, похожих на корову, AT2020mrf более прочно определяет эту группу как новую категорию взрыва. Недавний взрыв также выделяется на фоне своих одноклассников, демонстрируя захватывающее разнообразие звездных смертей. Хотя ученые в общих чертах понимают, как умирают массивные звезды, детали все еще расплывчаты. Это особенно верно для определенных стадий конца жизни звезды, таких как стадия сжигания кремния, последний раунд синтеза, который может завершить большая звезда, когда она сплавляет кремний вместе, образуя железо. Этот период длится всего около 18 дней из продолжительности жизни звезды от миллиона до миллиарда лет. Коровы могут открыть окно в эти труднонаблюдаемые временные рамки и углубить наше понимание того, как черные дыры и нейтронные звезды рождаются внутри сверхновых.
AT2020mrf и другие коровы также просто захватывают ученых. “Мне нравится волнение, когда я просто вижу, как один источник отличается от всех остальных”, - говорит Яо. “Вы знаете, может быть, раз в жизни вы столкнетесь с одним из таких событий, и вам нужно принять меры. Вам нужно быть в курсе всего, чтобы рассказать историю объекта”. Будущие наблюдения с помощью обсерватории Веры К. Рубин, будущей электростанции для исследования неба, и других телескопов, как мы надеемся, дадут астрономам еще больше информации для работы.
