Астрономы обнаружили прямую связь между взрывной гибелью массивных звезд и образованием самых компактных и загадочных объектов во Вселенной — черных дыр и нейтронных звезд.
С помощью Очень большого телескопа Европейской Южной обсерватории (VLT) и телескопа новых технологий ESO (NTT) две команды смогли наблюдать последствия взрыва сверхновой в соседней галактике, обнаружив свидетельства существования таинственного компактного объекта, который она оставила после себя.
Когда жизнь массивных звезд подходит к концу, они коллапсируют под действием собственной гравитации так быстро, что происходит мощный взрыв, известный как сверхновая. Астрономы полагают, что после всех потрясений, вызванных взрывом, от звезды осталось сверхплотное ядро, или компактный остаток. В зависимости от того, насколько массивна звезда, компактным остатком будет либо нейтронная звезда — объект настолько плотный, что чайная ложка его материала здесь, на Земле, весила бы около триллиона килограммов, — либо черная дыра — объект, из которого ничто, даже свет, не может вырваться.
Астрономы нашли множество подсказок, намекающих на эту цепочку событий в прошлом, таких как обнаружение нейтронной звезды в Крабовидной туманности, газового облака, оставшегося после взрыва звезды почти тысячу лет назад. Но они никогда раньше не видели, чтобы этот процесс происходил в реальном времени, а это означает, что прямых доказательств того, что сверхновая оставляет после себя компактный остаток, оставалось недостаточно. «В нашей работе мы устанавливаем такую прямую связь», – говорит Пин Чен, исследователь израильского Института Вейцмана, ведущий автор исследования, опубликованного на днях в Nature и представленного на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане, США.
Счастливый случай для исследователей наступил в мае 2022 года, когда южноафриканский астроном-любитель Берто Монард обнаружил сверхновую SN 2022jli в спиральном рукаве соседней галактики NGC 157, расположенной в 75 миллионах световых лет от нас. Две отдельные команды обратили свое внимание на последствия этого взрыва и обнаружили, что он обладает уникальным поведением.
После взрыва яркость большинства сверхновых со временем просто угасает; астрономы видят плавное, постепенное снижение «кривой блеска» взрыва. Но поведение SN 2022jli очень своеобразно: по мере того, как общая яркость уменьшается, это происходит не так плавно, а колеблется вверх-вниз каждые 12 дней или около того. «В данных SN 2022jli мы видим повторяющуюся последовательность прояснений и затуханий», – говорит Томас Мур, докторант Королевского университета в Белфасте (Северная Ирландия), который руководил исследованием сверхновой, опубликованным в конце прошлого года в Astrophysical Journal. «Это первый случай, когда на кривой блеска сверхновой были обнаружены повторяющиеся периодические колебания на протяжении многих циклов», – отметил Мур в своей статье.
Команды Мура и Чена считают, что наличие более одной звезды в системе SN 2022jli может объяснить такое поведение. На самом деле, нет ничего необычного в том, что массивные звезды находятся на орбите со звездой-компаньоном в так называемой двойной системе, и звезда, вызвавшая SN 2022jli, не была исключением. Что примечательно в этой системе, так это то, что звезда-компаньон, по-видимому, пережила насильственную смерть своего партнера, а два объекта, компактный остаток и компаньон, вероятно, продолжали вращаться друг вокруг друга.
Данные, собранные командой Мура, которые включали наблюдения с помощью NTT ESO в пустыне Атакама в Чили, не позволили им точно определить, как взаимодействие между двумя объектами вызвало взлеты и падения кривой блеска. Но у команды Чена были дополнительные наблюдения. Они обнаружили те же регулярные колебания видимой яркости системы, что и команда Мура, а также заметили периодические движения газообразного водорода и вспышки гамма-излучения в системе. Их наблюдения стали возможными благодаря целому ряду приборов на земле и в космосе, включая X-shooter на VLT ESO, также расположенном в Чили.
Сопоставляя все улики, две команды в целом согласны с тем, что когда звезда-компаньон взаимодействовала с веществом, выброшенным во время взрыва сверхновой, ее богатая водородом атмосфера стала более плотной, чем обычно. Затем, когда компактный объект, оставшийся после взрыва, пронесся по своей орбите сквозь атмосферу спутника, он унес собой газообразный водород, образовав вокруг себя горячий диск материи. Это периодическое похищение вещества, или аккреция, высвобождало много энергии, которая была зафиксирована как регулярные изменения яркости при наблюдениях.
Несмотря на то, что команды не смогли наблюдать свет, исходящий от самого компактного объекта, они пришли к выводу, что это похищение энергии может быть вызвано только невидимой нейтронной звездой или, возможно, черной дырой, притягивающей вещество из плотной атмосферы звезды-компаньона. «Наше исследование похоже на решение головоломки путем сбора всех возможных доказательств, – говорит Чен. – Все эти части, выстраиваясь в ряд, ведут к истине».
Поскольку присутствие черной дыры или нейтронной звезды подтверждено, остается еще многое разгадать в этой загадочной системе, включая точную природу компактного объекта или то, какой конец мог ожидать эту двойную систему. Телескопы следующего поколения, такие как Чрезвычайно большой телескоп ESO, запуск которого запланирован на конец этого десятилетия, помогут в этом, позволив астрономам раскрыть беспрецедентные детали этой уникальной системы.
