Международная группа астрофизиков под руководством ученых Колумбийского университета представила объяснение одного из самых интригующих космических феноменов последних лет — загадочного исчезновения сверхгигантской звезды M31-2014-DS1 в ближайшей к Млечному пути крупной галактике Андромеды. Согласно исследованию, опубликованному в авторитетном журнале Science, звезда не взорвалась сверхновой, как предсказывали теории, а бесшумно коллапсировала, образовав черную дыру. Это явление, получившее название «неудавшаяся сверхновая», впервые зафиксировано астрономами во всей его полноте. Подробнее о том, как звезда втихую переродилась из светила в разрушительную черную дыру, и какое значение это имеет для человечества, — в материале URA.RU.
Хроника исчезновения — от яркой вспышки до полной темноты
История звезды M31-2014-DS1, расположенной в ближайшей к Млечному Пути крупной галактике Андромеды (M31) на расстоянии примерно 2,5 миллиона световых лет от Земли, началась для астрономов в 2014 году. Именно тогда исследователи обратили внимание на необычное поведение красного сверхгиганта — массивной и старой звезды, приближающейся к завершению своего жизненного цикла.
На протяжении первых двух лет наблюдений светило демонстрировало аномальный рост яркости. Однако между 2016 и 2019 годами картина резко изменилась: звезда начала стремительно тускнеть, и к 2023 году она практически полностью исчезла из поля зрения телескопов — не только в оптическом, но и в ближнем инфракрасном диапазоне. Лишь с большим трудом ученым удавалось разглядеть едва уловимое свечение там, где еще недавно находилась гигантская звезда.
«Эта звезда когда-то была одной из самых ярких в галактике Андромеды, а теперь ее нигде не было видно. Представьте, если бы звезда Бетельгейзе внезапно исчезла. Все бы сошли с ума! То же самое произошло с этой звездой» — прокомментировал ситуацию ведущий автор исследования Кишалай Де из Института Флатирон Фонда Симонса, его слова передает "Новости Mail". Бетельгейзе — звезда массой в 15-20 раз больше Солнца, которую можно увидеть в созвездии Ориона — на его левом плече.
Почему звезды исчезают — от пылинок до черных дыр
Феномен «пропавших звезд» не нов для астрономии. С развитием технологий наблюдения и сравнением снимков неба разных лет ученые все чаще сталкиваются с тем, что некоторые светила бесследно исчезают. Чтобы разобраться в масштабах явления, исследователи даже привлекли нейросети для анализа огромного массива фотографий.
Из 150 тысяч выявленных различий на снимках абсолютное большинство оказались оптическими дефектами — случайно попавшими на оптику пылинками, царапинами и другими артефактами. Однако около сотни случаев действительно указывали на пропажу реальных звезд. Среди возможных объяснений рассматривались эффект гравитационного линзирования, когда массивный объект вроде черной дыры искажает свет звезды позади него, заставляя ее то появляться, то исчезать. Но случай M31-2014-DS1 оказался принципиально иным.
«Неудавшаяся сверхновая» — тихое перерождение в черную дыру
Стандартная теория звездной эволюции предсказывает, что массивные звезды (с массой более 8-10 солнечных) завершают свой жизненный путь эффектным взрывом сверхновой. Когда в ядре заканчивается водород для термоядерных реакций, оно сжимается, а внешняя оболочка, наоборот, расширяется до гигантских размеров, а затем выбрасывается в межзвездное пространство. Ядро при этом схлопывается, превращаясь в нейтронную звезду или черную дыру.
Однако с M31-2014-DS1 произошло иное. Астрофизики интерпретируют наблюдаемую картину как «неудавшуюся сверхновую» — явление, при котором слабая ударная волна, возникшая при коллапсе ядра, оказалась недостаточно мощной, чтобы выбросить внешние слои звезды в пространство. В результате большая часть вещества под действием собственной гравитации обрушилась внутрь, а ядро продолжило сжиматься, превращаясь в черную дыру.
Ключевую роль в этом процессе сыграла предшествующая эволюция звезды. Расчеты показывают, что изначально M31-2014-DS1 имела массу около 20 солнечных, но к моменту коллапса «весила» всего около семи масс Солнца. Это означает, что звезда уже успела растерять значительную часть своей внешней оболочки, возможно, под воздействием звезды-компаньона в двойной системе, которая «перетягивала» на себя вещество. Сброшенный ранее газ и пыль образовали вокруг умирающего светила плотную оболочку, которая сейчас скрывает от прямого наблюдения новорожденную черную дыру.
Что говорят ученые — значение открытия
Разгадка судьбы M31-2014-DS1 стала важнейшим достижением в его карьере. «Мы интерпретируем M31-2014-DS1 как неудачную сверхновую, в которой большая часть звездной оболочки отпала, образовав черную дыру», — сообщили ученые в журнале Science.
Исследователи считают, что полученные данные, а также наблюдения за схожими событиями в других галактиках позволяют подтвердить гипотезу о существовании неудавшихся сверхновых как одного из механизмов образования черных дыр звездной массы. Более того, команда уже обнаружила другую массивную звезду, которая, возможно, следует тому же сценарию.
«Это только начало истории. Это может стать ориентиром для понимания того, как во Вселенной образуются звездные черные дыры. Мы знаем о существовании черных дыр уже почти 50 лет, но мы едва начали понимать, какие звезды превращаются в черные дыры и как это происходит», — подчеркнул Кишалай Де.
Современные наблюдения — инфракрасный след черной дыры
Несмотря на исчезновение в оптическом диапазоне, M31-2014-DS1 продолжает излучать в инфракрасном спектре. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) зафиксировал мощный инфракрасный источник на месте пропавшей звезды — это светится нагретая пыль и газ, оставшиеся после коллапса. Астрономы отмечают, что новорожденная черная дыра все еще погружена в плотные остатки звездного материала, который постепенно формирует вращающийся аккреционный диск и будет в течение длительного времени поглощаться черной дырой.
Интересно, что рентгеновского излучения, которое обычно сопровождает аккрецию вещества на черную дыру, пока не обнаружено. Это объясняется слишком высокой плотностью окружающей оболочки — излучение просто не может пробиться сквозь нее. Ученые ожидают, что в ближайшие десятилетия, когда материал начнет активнее оседать на черную дыру, появятся и рентгеновские сигналы.
Согласно наблюдениям с помощью субмиллиметрового массива SMA и данных рентгеновской обсерватории Chandra, излучение от остатков звезды имеет асимметричную структуру, что указывает на неравномерное распределение пыли и газа. Это создает дополнительные сложности для точного определения физических свойств центрального объекта.
Другие космические открытия — убегающие звезды и аномальные системы
Параллельно с исследованием M31-2014-DS1 астрономы продолжают изучать и другие загадочные явления во Вселенной. Так, международная группа астрономов с использованием оборудования NASA и Европейского космического агентства недавно зафиксировала аномальную звездную систему в 116 световых годах от Солнца. Конфигурация четырех планет у красного карлика LHS 1903 ставит под сомнение базовые положения планетарной космогонии.
Кроме того, исследователи из Барселонского университета провели самое подробное исследование массивных «убегающих» звезд спектрального класса O в Млечном Пути. Эти гиганты летят сквозь пространство с аномально высокими скоростями, покидая газовые облака, в которых они родились. Работа с результатами исследования опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.
Ученые собрали информацию о 214 таких звездах из архива телескопа Gaia. Сопоставив скорость движения звезд с их вращением и наличием пары, исследователи разделили беглецов на два лагеря:
- Жертвы взрывов — звезды, которые вращаются быстро и часто имеют компаньона или черную дыру рядом. Их «пнул» взрыв сверхновой, произошедший с их бывшим соседом.
- Жертвы тесноты — одиночные звезды с самой высокой скоростью. Их выбросило из родного скопления из-за влияния гравитации других звезд.
Оказалось, что второй сценарий встречается чаще. Звезды с самыми экстремальными скоростями — это, как правило, одиночки, выброшенные «катапультой» гравитации. Изучение этих странников важно не только для статистики: убегая, они разносят тяжелые элементы и энергию по Галактике, работая как космические сеятели, удобряющие межзвездную среду для будущих поколений звезд и планет.