Умерающая звезда рождает черную дыру или нейтронную звезду в суперяркой вспышке

Открытие, основанное на необычном событии под названием "Корова", может предложить астрономам новый способ выявлять компактные новорожденные объекты.

Об этом рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT)

В июне 2018 года телескопы по всему миру зафиксировали блестящую голубую вспышку из спирального рукава галактики, расположенной на расстоянии 200 миллионов световых лет от нас. Мощная вспышка сначала казалась сверхновой, хотя была гораздо быстрее и намного ярче, чем любой звездный взрыв, который до сих пор видели ученые. Сигнал, процедурно обозначенный как AT2018cow, с тех пор называют просто "Корова" (cow — по английски корова), и астрономы занесли его в каталог как Быстрый голубой оптический транзиент, или FBOT — яркое, краткое событие неизвестного происхождения.

Теперь команда, возглавляемая MIT, нашла веские доказательства источника сигнала. Помимо яркой оптической вспышки, ученые обнаружили стробоскопический импульс высокоэнергетического рентгеновского излучения. Они проследили сотни миллионов таких рентгеновских импульсов к "Корове" и обнаружили, что импульсы происходят как по часам, каждые 4,4 миллисекунды, в течение 60 дней.

Исходя из частоты импульсов, команда подсчитала, что рентгеновские лучи должны были поступать от объекта не более 1000 километров в ширину, с массой менее 800 солнц. По астрофизическим меркам такой объект можно считать компактным, похожим на маленькую черную дыру или нейтронную звезду.

Их выводы, опубликованные в журнале Nature Astronomy, убедительно свидетельствуют о том, что объект AT2018cow, вероятно, был продуктом умирающей звезды, которая коллапсируя породила компактный объект в виде черной дыры или нейтронной звезды. Новорожденный объект продолжал поглощать окружающий материал, поедая звезду изнутри – процесс, в результате которого высвободился огромный всплеск энергии.

«Вероятно, мы обнаружили рождение компактного объекта в сверхновой», – говорит ведущий автор Дхирадж Джей Пашам, научный сотрудник Института астрофизики и космических исследований Кавли при MIT. «Это случается у обычных сверхновых, но мы этого раньше не видели, потому что это такой беспорядочный процесс. Мы считаем, что эти новые доказательства открывают возможности для поиска "детских" черных дыр или "детских" нейтронных звезд».

"Ядро Коровы"

AT2018cow является одним из многих "астрономических транзиентов", открытых в 2018 году. "Корова" (cow) в его названии является случайным совпадением процесса астрономического именования (например, «aaa» относится к самому первому астрономическому транзиенту, обнаруженному в 2018 году). Сигнал относится к нескольким десяткам известных FBOT, и это один из немногих сигналов, которые наблюдались в режиме реального времени. Его мощная вспышка — до 100 раз ярче типичной сверхновой — была обнаружена во время наблюдений на Гавайях, о чем немедленно было разослано уведомление в обсерватории по всему миру.

«Это было увлекательно, потому что начали накапливаться груды данных», – говорит Пашам. «Количество энергии было на порядки больше, чем у типичной сверхновой с коллапсом ядра. И вопрос заключался в том, что может создать этот дополнительный источник энергии?»

Астрономы предложили разные сценарии для объяснения сверхяркого сигнала. Например, он мог быть продуктом черной дыры, рожденной в сверхновой. Или он мог возникнуть в результате того, что черная дыра среднего веса сдирает материал с пролетающей мимо звезды. Однако данные, собранные оптическими телескопами, не позволили окончательно определить источник сигнала. Пашам заинтересовался, можно ли найти ответ в рентгеновских данных.

«Этот сигнал был близким, а также ярким в рентгеновских лучах, что привлекло мое внимание», - говорит Пашам. «Мне первое, что приходит в голову, это то, что какое-то очень энергичное явление генерирует рентгеновское излучение. Поэтому я хотел проверить идею о том, что в ядре Коровы находится черная дыра или компактный объект».

Нахождение пульса

Команда обратилась к рентгеновским данным, собранным прибором NASA "Исследователь внутреннего состава нейтронных звезд" (NICER), телескопом, осуществляющим рентгеновский мониторинг на борту Международной космической станции. NICER начал наблюдать за Коровой через пять дней после ее первичного обнаружения оптическими телескопами и отслеживал сигнал в течение следующих 60 дней. Эти данные были записаны в общедоступный архив, который Пашам и его коллеги скачали и проанализировали.

Команда просмотрела данные, чтобы идентифицировать рентгеновские сигналы, выходящие вблизи AT2018cow, и подтвердила, что выбросы не были из других источников, таких как шум приборов или космические фоновые явления. Они сосредоточились на рентгеновском излучении и обнаружили, что Корова, похоже, выдает всплески с частотой 225 герц, или раз на 4,4 миллисекунды.

Пашам ухватился за этот импульс, осознав, что его частоту можно использовать для непосредственного вычисления размера того, что пульсирует. При этом размер пульсирующего объекта не может превышать расстояние, которое скорость света может преодолеть за 4,4 миллисекунды. Исходя из этого, он подсчитал, что размер объекта не должен превышать 1,3х10^8 сантиметров или примерно 1000 километров в ширину.

«Единственное, что может быть таким маленьким, это компактный объект — или нейтронная звезда, или черная дыра», — говорит Пашам.

Далее команда подсчитала, что исходя из энергии, излучаемой AT2018cow, его масса должна составлять не более 800 солнечных масс.

«Это исключает идею о том, что сигнал поступает от черной дыры средней массы», - говорит Пашам.

По его словам, кроме определения источника этого конкретного сигнала, исследование демонстрирует, что рентгеновский анализ FBOT и других сверхярких явлений может стать новым инструментом для изучения маленьких черных дыр.

«Когда появляется новое явление, то возникает волнение от того, что оно может рассказать что-то новое о Вселенной», – говорит Пашамм. «В случае с FBOT мы показали, что можем подробно изучать их пульсации так, как это невозможно в оптике. Следовательно, это новый способ понять эти новорожденные компактные объекты».

Это исследование было частично поддержано NASA.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.