Астрономы зафиксировали самый полный на сегодняшний день набор наблюдений того, как массивная звезда завершила свою жизнь, не взорвавшись сверхновой, а напрямую превратившись в чёрную дыру. Вместо мощной вспышки её ядро коллапсировало, а внешние слои медленно рассеялись.
Объект исследования — звезда M31-2014-DS1 в соседней галактике Андромеды, расположенной примерно в 2,5 миллиона световых лет от Земли. Команда астрономов проанализировала данные, собранные с 2005 по 2023 год наземными и космическими телескопами.
В 2014 году инфракрасное излучение звезды начало усиливаться, а уже в 2016-м её яркость за один год резко упала — значительно ниже прежнего уровня. Наблюдения 2022 и 2023 годов показали, что звезда практически исчезла в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. В этих диапазонах она стала в 10 000 раз слабее. Её остаток теперь различим только в среднем инфракрасном свете, где светимость составляет около одной десятой от прежней.
«Эта звезда раньше была одной из самых ярких в Андромеде, а теперь её просто не видно. Представьте, если бы вдруг исчез Бетельгейзе — все были бы потрясены», — поясняет руководитель исследования, Кишалай Де. По его словам, в соседней галактике происходило нечто сопоставимое по масштабу.
Сопоставив наблюдения с теоретическими моделями, авторы пришли к выводу, что столь сильное угасание лучше всего объясняется коллапсом ядра с образованием чёрной дыры. В этом случае взрыв сверхновой не происходит и большая часть вещества не выбрасывается в пространство. Исследование позволило уточнить, что происходит с внешними слоями звезды в таком случае. Ключевую роль, как показали авторы, играет конвекция — движение газа, вызванное разницей температур между горячим центром и холодной оболочкой. Даже после коллапса ядра газ продолжает активно перемешиваться и вращаться.
Разработанные модели показывают, что этот движущийся газ не падает напрямую в чёрную дыру. Он образует вращающийся диск, который постепенно выбрасывает часть вещества наружу. По мере удаления материал остывает, в нём формируется пыль, которая поглощает излучение горячего газа и переизлучает его в инфракрасном диапазоне.
Соавтор работы Андреа Антони объясняет: «Скорость падения вещества оказывается гораздо ниже, чем при прямом коллапсе. Газ обладает угловым моментом, закручивается вокруг чёрной дыры и падает не за месяцы, а за десятилетия». В результате источник дольше остаётся заметным в инфракрасном свете.
По оценкам авторов, в чёрную дыру в итоге попадает лишь около 1% газа из внешней оболочки звезды. Именно это вещество и поддерживает слабое инфракрасное свечение, которое можно наблюдать десятилетиями — в том числе с помощью таких инструментов, как телескоп «Джеймс Уэбб».
Анализ M31-2014-DS1 также помог по-новому интерпретировать более ранние наблюдения объекта NGC 6946-BH1, который был отнесён к похожему классу ещё около 10 лет назад. Теперь оба объекта рассматриваются как представители особой группы «неудавшихся сверхновых» — звёзд, которые закончили свой жизненный цикл без яркого взрыва.