|
Черная дыра пожирает звезду
|
|
|
|
Команда астрономов, в том числе аспирантка-физик из Университета Джорджа Вашингтона Элиза Найтс, в июле этого года зафиксировали необычную космическую вспышку, которая, вероятно, предвещает новый вид звездного взрыва. Благодаря большому количеству данных, полученных из источников, включая спутники НАСА, команда наблюдала гамма-всплеск (GRB), самый мощный класс космических взрывов. Но в то время как большинство гамма-всплесков заканчиваются за минуту, этот продолжался несколько дней.
|
|
|
|
Ученые говорят, что лучшим объяснением этой вспышки является то, что черная дыра поглотила звезду, но они расходятся во мнениях относительно того, как именно это произошло. Это может быть черная дыра, масса которой в несколько тысяч раз превышает массу Солнца, разрывающая на части звезду, пролетевшую слишком близко, или гораздо меньшая черная дыра, падающая в свою звезду-компаньона и поглощающая ее.
|
|
|
|
"Начальная волна гамма-излучения длилась по меньшей мере семь часов, что почти вдвое превышает продолжительность самого длинного гамма-излучения, наблюдавшегося ранее, и мы обнаружили другие необычные свойства", - сказал Найтс, студент Колумбийского колледжа искусств и наук, который сотрудничает с Центром космических полетов имени Годдарда НАСА. "Это, безусловно, вспышка, не похожая ни на одну другую, которую мы видели за последние 50 лет".
|
|
|
|
Найтс и другие астрономы поделились своими результатами в октябре на заседании отделения астрофизики высоких энергий Американского астрономического общества в Сент-Луисе, штат Миссури. Работа также опубликована в ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
|
|
|
|
|
|
|
Исключительный всплеск
|
|
|
|
Регистрируемые примерно раз в день, гамма-всплески могут появляться в любой точке неба без предупреждения. Это очень отдаленные явления, ближайший из известных примеров извержения находится на расстоянии более 100 миллионов световых лет.
|
|
|
|
Рекордная продолжительность июльского всплеска, получившего название GRB 250702B, выделяет его в отдельный класс. Из примерно 15 000 гамма-всплесков, наблюдавшихся с тех пор, как это явление было впервые обнаружено в 1973 году, ни один не был таким длинным, и только полдюжины хотя бы приблизились к нему.
|
|
|
|
Большинство вспышек длятся от нескольких миллисекунд до нескольких минут и, как известно, образуются двумя способами: либо в результате слияния двух нейтронных звезд размером с город, либо в результате коллапса массивной звезды, когда в ее ядре заканчивается топливо. В результате каждой вспышки образуется новая черная дыра. Часть вещества, падающего к черной дыре, превращается в плотные струи частиц, которые вылетают почти со скоростью света, создавая на своем пути гамма-лучи. Но ни один из этих типов взрывов не может быстро создать реактивные снаряды, способные работать в течение нескольких дней, поэтому 250702B представляет собой уникальную загадку.
|
|
|
|
Увидев свет
|
|
|
|
Монитор гамма-всплесков на космическом гамма-телескопе НАСА "Ферми" обнаружил вспышку и несколько раз срабатывал в течение трех часов. Он также был обнаружен телескопом Burst Alert обсерватории Нейла Герелса Swift НАСА, российским прибором Konus миссии Wind НАСА, гамма- и нейтронным спектрометром космического аппарата Psyche — космического аппарата НАСА, который в настоящее время находится на пути к астероиду 16 Психея — и японским монитором рентгеновского изображения всего неба прибор на Международной космической станции.
|
|
|
|
"Вспышка продолжалась так долго, что ни один высокоэнергетический монитор в космосе не был оборудован для ее полного наблюдения", - сказал Эрик Бернс, астрофизик из Университета штата Луизиана и член команды Найтса, изучающий гамма-излучение вспышки. "Только благодаря объединенной мощности приборов на нескольких космических аппаратах мы смогли понять это событие".
|
|
|
|
Широкоугольный рентгеновский телескоп китайского космического аппарата Einstein Probe также зафиксировал всплеск рентгеновских лучей и показал, что сигнал присутствовал накануне. Первое точное местоположение было установлено 3 июля, когда рентгеновский телескоп Swift зафиксировал вспышку в созвездии Щит, недалеко от переполненной пылью плоскости нашей галактики Млечный Путь. Учитывая это местоположение и предыдущее рентгеновское обнаружение, астрономы задались вопросом, может ли это событие быть другим типом вспышки, произошедшей где-то в пределах нашей собственной галактики.
|
|
|
|
Изображения, полученные с некоторых из крупнейших телескопов планеты, в том числе в обсерваториях Кек и Джемини на Гавайях и VLT (Очень большом телескопе) Европейской южной обсерватории в Чили, намекают на то, что в этом месте находится галактика, поэтому астрономы обратились к космическому телескопу НАСА "Хаббл" за более четким обзором.
|
|
|
|
"Это определенно галактика, что доказывает, что это был далекий и мощный взрыв, но он выглядит странно", - сказал Эндрю Леван, профессор астрофизики из Университета Радбуда в Нидерландах, который руководил исследованиями VLT и Хаббла. "Данные "Хаббла" могут свидетельствовать либо о слиянии двух галактик, либо об одной галактике с темной полосой пыли, разделяющей ядро на две части".
|
|
|
|
Более свежие снимки, сделанные прибором NIRCam на космическом телескопе Джеймса Уэбба НАСА, полностью подтверждают интерпретацию Левана. "Разрешение Webb невероятно. Мы можем видеть так ясно, что вспышка осветила эту полосу пыли, распространившуюся по всей галактике", - сказал Хьюи Сирс, научный сотрудник Университета Рутгерса, который руководил наблюдениями NIRCam. "Это фантастика - видеть скопление гамма-всплесков в таких деталях".
|
|
|
|
В конце августа команда под руководством Бенджамина Гомперца из Бирмингемского университета в Великобритании использовала Webb и VLT для определения расстояния до галактики и других свойств. "Вспышка была удивительно мощной, с энергией, эквивалентной энергии тысячи солнц, сияющих в течение 10 миллиардов лет", - сказал Гомперц. "Удивительно, но галактика находится так далеко, что свет от этого взрыва начал распространяться наружу около 8 миллиардов лет назад, задолго до того, как начали формироваться наше солнце и солнечная система".
|
|
|
|
В ходе всестороннего исследования рентгеновского излучения, последовавшего за основной вспышкой, были использованы наблюдения Swift, рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра" и миссии NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) агентства. Данные Swift и NuSTAR показали быстрые вспышки, происходящие в течение двух дней после обнаружения вспышки.
|
|
|
|
"Продолжающаяся аккреция вещества черной дырой привела к оттоку, который привел к этим вспышкам, но процесс продолжался гораздо дольше, чем это возможно в стандартных моделях гамма-всплесков", - сказал руководитель исследования Брендан О'Коннор, 20-летний магистр наук, 20-летний доктор философии, научный сотрудник McWilliams в Университете Карнеги-Меллон. "Поздние рентгеновские вспышки показывают нам, что источник энергии взрыва отказался отключаться, а это означает, что черная дыра продолжала питаться, по крайней мере, в течение нескольких дней после первоначального извержения".
|
|
Противоречивые свидетельства
|
|
|
|
Данные Fermi и Swift указывают на типичный, хотя и необычно длительный, всплеск. Спектроскопические наблюдения Webb не выявили взрыва сверхновой, который обычно следует за всплеском звездного коллапса, хотя он мог быть скрыт пылью и расстоянием. Зонд Einstein наблюдал рентгеновские лучи за день до вспышки, в то время как NuSTAR отслеживал рентгеновские вспышки в течение двух дней после нее. Ни то, ни другое не характерно для гамма-всплесков.
|
|
|
|
Кроме того, детальное исследование, проведенное под руководством Джонатана Карни, аспиранта Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле, показывает, что галактика-хозяин сильно отличается от типично небольших галактик, в которых находится большинство гамма-всплесков звездного коллапса. "Эта галактика оказывается на удивление большой, ее масса более чем в два раза превышает массу нашей собственной галактики", - сказал он.
|
|
|
|
В любом из двух наиболее обсуждаемых сценариев черная дыра поглотит звезду примерно за сутки.
|
|
|
|
В первом сценарии речь идет о черной дыре средней массы, которая имеет массу в несколько тысяч солнечных масс и горизонт событий - точку невозврата — в несколько раз больше Земли. Звезда приближается слишком близко, растягивается вдоль своей орбиты под действием гравитационных сил и быстро поглощается черной дырой. Это описывает то, что астрономы называют приливным разрушением, но вызванное редко наблюдаемой черной дырой "среднего веса", масса которой намного больше, чем у тех, что образуются при звездном коллапсе, и намного меньше, чем у чудовищ, обнаруженных в центрах больших галактик.
|
|
|
|
Команда гамма-исследователей склоняется к другому сценарию, потому что, если этот всплеск похож на другие, масса черной дыры должна быть больше похожа на массу нашего солнца. Их модель предполагает, что черная дыра весом примерно в три раза больше Солнца — с горизонтом событий всего 11 миль в поперечнике — вращается по орбите и сливается со звездой-компаньоном. Звезда имеет массу, аналогичную массе черной дыры, но намного меньше солнца. Это связано с тем, что его водородная атмосфера в основном была удалена, вплоть до плотного гелиевого ядра, в результате чего образовался объект, который астрономы называют гелиевой звездой.
|
|
|
|
В обоих случаях вещество звезды сначала направляется к черной дыре и собирается в огромный диск, из которого газ выходит в последний раз. В какой-то момент этого процесса система начинает ярко светиться в рентгеновских лучах. Затем, когда черная дыра быстро поглощает вещество звезды, наружу вырываются струи гамма-излучения.
|
|
|
|
Примечательно, что модель слияния гелиевых звезд дает уникальный прогноз. В какой-то момент черная дыра полностью погружается в основное тело звезды, поглощая его изнутри. Энергия, которую он высвобождает, взрывает звезду и приводит в действие сверхновую.
|
|
|
|
К сожалению, этот взрыв произошел за огромным количеством пыли, а это означает, что даже телескоп Уэбба недостаточно мощный, чтобы увидеть ожидаемую сверхновую. В то время как неопровержимые доказательства того, что произошло в июле, должны быть получены в ходе будущих событий, 250702B уже дал новое представление о самых длинных гамма-всплесках, во многом благодаря постоянному космическому мониторингу обсерваторий и приборов НАСА в рамках стремления агентства исследовать и понять Вселенную.
|
|
|
|
Источник
|
