Сверхновые порождают черные дыры или нейтронные звезды
Астрономы обнаружили прямую связь между взрывной смертью 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 Новой Технологии ESO (NTT) две команды смогли наблюдать последствия взрыва сверхновой в соседней галактике и найти доказательства существования таинственного компактного объекта, который она оставила. позади. Когда массивные звезды достигают конца своей жизни, они коллапсируют под действием собственной гравитации так быстро, что происходит сильный взрыв, известный как сверхновая. Астрономы полагают, что после всего этого взрыва осталось сверхплотное ядро или компактный остаток звезды. В зависимости от того, насколько массивна звезда, компактный остаток будет либо нейтронной звездой — объектом настолько плотным, что чайная ложка ее материала весила бы здесь, на Земле, около триллиона килограммов, — либо черной дырой — объектом, от которого ничего, не даже свет может ускользнуть.
Астрономы нашли множество подсказок, намекающих на эту цепочку событий в прошлом, например, обнаружение нейтронной звезды в Крабовидной туманности — газовом облаке, оставшемся после взрыва звезды почти тысячу лет назад. Но они никогда раньше не видели, чтобы этот процесс происходил в режиме реального времени, а это означает, что прямые доказательства того, что сверхновая оставляет после себя компактный остаток, остаются неуловимыми. «В нашей работе мы устанавливаем такую прямую связь», — говорит Пин Чен, исследователь из Института науки Вейцмана в Израиле и ведущий автор исследования, опубликованного 10 января в журнале Nature и представленного на 243-й встрече Американского астрономического общества в Израиле. Удачный случай для исследователей наступил в мае 2022 года, когда южноафриканский астроном-любитель Берто Монар обнаружил сверхновую SN 2022jli в спиральном рукаве соседней галактики NGC 157, расположенной на расстоянии 75 миллионов световых лет от нас. Две отдельные команды обратили свое внимание на последствия этого взрыва и обнаружили, что он ведет себя уникально.
После взрыва яркость большинства сверхновых со временем просто угасает; астрономы видят плавное, постепенное снижение «кривой блеска» взрыва. Но поведение SN 2022jli очень своеобразно: общая яркость снижается не плавно, а колеблется вверх и вниз каждые 12 дней или около того. «В данных SN 2022jli мы видим повторяющуюся последовательность прояснения и затухания», — говорит Томас Мур, докторант Королевского университета в Белфасте, Северная Ирландия, который руководил исследованием сверхновой, опубликованным в конце прошлого года в «Астрофизическом журнале». «Это первый случай, когда повторяющиеся периодические колебания на протяжении многих циклов были обнаружены в кривой блеска сверхновой», — отметил Мур в своей статье. Обе команды Мура и Чена полагают, что такое поведение может быть объяснено наличием более чем одной звезды в системе SN 2022jli. На самом деле, массивные звезды нередко находятся на орбите со звездой-компаньоном в так называемой двойной системе, и звезда, вызвавшая SN 2022jli, не стала исключением. Однако в этой системе примечательно то, что звезда-компаньон, похоже, пережила насильственную смерть своего партнера, а два объекта, компактный остаток и компаньон, вероятно, продолжали вращаться вокруг друг 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 максимумы и минимумы 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 парку инструментов на земле и в космосе, в том числе X-shooter на VLT ESO, также расположенном в Чили. Объединив все улики, обе команды в целом пришли к единому мнению, что, когда звезда-компаньон взаимодействовала с материалом, выброшенным во время взрыва сверхновой, ее богатая водородом атмосфера стала более раздутой, чем обычно. Затем, когда компактный объект, оставшийся после взрыва, пронесся через атмосферу компаньона на своей орбите, он похитил газообразный водород, образовав вокруг себя горячий диск материи. Это периодическое похищение материи, или аккреция, высвободило много энергии, которая была зафиксирована в наблюдениях как регулярные изменения яркости.
Несмотря на то, что командам не удалось наблюдать свет, исходящий от самого компактного объекта, они пришли к выводу, что это энергетическое похищение может быть вызвано только невидимой нейтронной звездой или, возможно, черной дырой, притягивающей вещество из пухлой атмосферы звезды-компаньона. «Наше исследование похоже на решение головоломки путем сбора всех возможных доказательств», — говорит Чен. «Все эти кусочки, выстроенные в ряд, ведут к истине». После подтверждения присутствия черной дыры или нейтронной звезды в этой загадочной системе еще многое предстоит разгадать, включая точную природу компактного объекта и то, какой конец может ожидать эту двойную систему. Телескопы следующего поколения, такие как Чрезвычайно Большой Телескоп ESO, запуск которого запланирован на конец этого десятилетия, помогут в этом, позволяя астрономам раскрыть беспрецедентные детали этой уникальной системы.
