Астрономы стали свидетелями образования компактного объекта после взрыва сверхновой

Астрономы обнаружили недостающее звено в звездной эволюции, установив прямую связь между взрывной смертью массивных звезд и образованием наиболее компактных и загадочных объектов во Вселенной — черных дыр и нейтронных звезд.

Как рассказывают в Европейской южной обсерватории (ESO), с помощью Очень большого телескопа (VLT) и Телескопа новых технологий (NTT) две команды смогли наблюдать за последствиями взрыва сверхновой в соседней галактике, найдя доказательства существования загадочного компактного объекта, который она оставила после себя.

Конец жизни массивных звезд

Когда массивные звезды достигают конца своей жизни, они коллапсируют под действием собственной гравитации так быстро, что происходит мощный взрыв, известный как сверхновая. Астрономы считают, что после взрыва остается только 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 его вещества весила бы около триллиона килограммов здесь, на Земле — или черной дырой — объектом, из которого ничто не может убежать, даже свет.

В прошлом астрономы нашли много доказательств, намекающих на эту цепочку событий, например, нейтронную звезду в Крабовидной туманности — газовом облаке, оставшемся после взрыва звезды почти тысячу лет назад.

Но они никогда раньше не видели, как этот процесс происходит в реальном времени, а это означает, что прямые доказательства того, что сверхновая оставляет после себя компактный остаток, оставались неуловимыми.

«В нашей работе мы установили такую прямую связь», - говорит Пинг Чен, исследователь из Научного института Вейцмана (Израиль) и ведущий автор исследования, опубликованного 10 января в журнале Nature и представленного на 243-м заседании Американского астрономического общества в Новом Орлеане, США.

Необычная сверхновая

Исследователям повезло в мае 2022 года, когда южноафриканский астроном-любитель Берто Монард открыл сверхновую SN 2022jli в спиральном рукаве галактики NGC 157, расположенной на расстоянии 75 миллионов световых лет от нас. Две отдельные команды обратили внимание на последствия этого взрыва и обнаружили, что они имеют уникальный характер.

После взрыва яркость большинства сверхновых со временем просто исчезает; астрономы видят плавное, постепенное снижение "кривой блеска" взрыва. Но поведение SN 2022jli очень своеобразно: общая яркость спадает не плавно, а колеблется вверх и вниз каждые 12 дней или около того.

«В данных SN 2022jli мы видим повторяющуюся последовательность вспышек и затуханий», - говорит Томас Мур, докторант Королевского университета Белфаста, Северная Ирландия, который возглавлял исследование сверхновой, опубликованное в конце прошлого года в журнале The Astrophysical Journal.

«Это первый случай, когда повторяющиеся периодические колебания в течение многих циклов были обнаружены в кривой блеска сверхновой», - отмечает Мур в своей статье.

Найдено объяснение

Команды Мура и Чена считают, что объяснить такое поведение может наличие более чем одной звезды в системе SN 2022jli. На самом деле, нет ничего необычного в том, что массивные звезды находятся на орбите со звездой-компаньоном в так называемой бинарной системе, и звезда, которая вызвала SN 2022jli, не была исключением. Однако в этой системе примечательно то, что звезда-компаньон, похоже, пережила насильственную смерть своего партнера, и оба объекта, компактный остаток и компаньон, вероятно, продолжают вращаться по орбите друг друга.

Бинарная система после взрыва сверхновой SN 2022jli в воображении художника. Образовавшийся после взрыва компактный объект и его спутник продолжают вращаться вокруг друг друга. При чем, как здесь показано, компактный объект регулярно забирает материю у своего спутника, когда сближается с ним. Credit: ESO/L. Calçada

Данные, собранные командой Мура, которые включали наблюдения с помощью телескопа NTT в чилийской пустыне Атакама, не позволили им точно определить, как взаимодействие между двумя объектами вызвало максимумы и минимумы на кривой блеска. Но команда Чена провела дополнительные наблюдения. Они обнаружили те же самые регулярные колебания видимой яркости системы, что и команда Мура, а также заметили периодические движения водородного газа и всплески гамма-излучения в системе. Их наблюдения стали возможными благодаря телескопам на земле и в космосе, в том числе VLT, также расположенном в Чили.

Собрав все доказательства воедино, обе команды в целом соглашаются, что когда звезда-компаньон взаимодействовала с материалом, выброшенным при взрыве сверхновой, ее богатая водородом атмосфера стала более разреженной, чем обычно. Затем, когда компактный объект, оставшийся после взрыва, пролетал сквозь атмосферу спутника на своей орбите, он похищал газ водород, образуя вокруг себя горячий диск материи. Это периодическое похищение вещества, или аккреция, высвобождало много энергии, которая была зафиксирована в наблюдениях в виде регулярных изменений яркости.

Хотя обе команды не могли наблюдать свет, исходящий от самого компактного объекта, они пришли к выводу, что эта энергетическая кража может быть связана лишь с невидимой нейтронной звездой или, возможно, черной дырой, которая притягивает материю из пышной атмосферы звезды-компаньона. «Наше исследование похоже на разгадывание головоломки путем сбора всех возможных доказательств», - говорит Чен. «Все эти подсказки, выстроившись в линию, ведут к истине».

Когда наличие черной дыры или нейтронной звезды подтверждено, остается еще многое разгадать об этой загадочной системе, включая точную природу компактного объекта или то, какой конец может ждать эту двойную систему. В ESO указывают, что в этом помогут телескопы нового поколения, такие как Чрезвычайно большой телескоп, запуск которого запланирован на конец текущего десятилетия, что позволит астрономам раскрыть беспрецедентные детали этой уникальной системы.

OstanniPodii.com