Присмертна зоря народжує чорну діру або нейтронну зорю у супер’яскравому спалаху

Відкриття, засноване на незвичайній події під назвою "Корова", може запропонувати астрономам новий спосіб виявляти компактні новонароджені об’єкти.

Про це розповідають у Массачусетському технологічному інституті (MIT)

У червні 2018 року телескопи по всьому світу зафіксували блискучий блакитний спалах зі спірального рукава галактики, розташованої за 200 мільйонів світлових років від нас. Потужний спалах спочатку здавався надновою, хоча був набагато швидшим і набагато яскравішим, ніж будь-який зоряний вибух, який досі бачили вчені. Сигнал, процедурно позначений як AT2018cow, відтоді називають просто «Корова» (cow — з англійської корова), й астрономи занесли його в каталог як швидкий блакитний оптичний транзієнт, або FBOT — яскрава, короткотривала подія невідомого походження.

Тепер команда, очолювана MIT, знайшла вагомі докази джерела сигналу. Крім яскравого оптичного спалаху, вчені виявили стробоскопічний імпульс високоенергетичного рентгенівського випромінювання. Вони простежили сотні мільйонів таких рентгенівських імпульсів до Корови та виявили, що імпульси відбуваються як за годинником, кожні 4,4 мілісекунди, протягом 60 днів.

Виходячи з частоти імпульсів, команда підрахувала, що рентгенівські промені повинні були надходити від об'єкта не більше 1000 кілометрів завширшки, з масою менш як 800 сонць. За астрофізичними мірками такий об’єкт можна вважати компактним, схожим на маленьку чорну діру чи нейтронну зорю.

Їхні висновки, опубліковані в журналі Nature Astronomy, переконливо свідчать про те, що об'єкт AT2018cow, ймовірно, був продуктом присмертної зірки, яка, колапсуючи, породила компактний об’єкт у вигляді чорної діри або нейтронної зорі. Новонароджений об’єкт продовжував поглинати навколишній матеріал, поїдаючи зірку зсередини — процес, у результаті якого вивільнився величезний сплеск енергії.

«Ймовірно, ми виявили народження компактного об’єкта в надновій», – каже провідний автор Дхірадж "Джей" Пашам, науковий співробітник Інституту астрофізики та космічних досліджень Кавлі при MIT. «Це трапляється у звичайних наднових, але ми цього раніше не бачили, тому що це такий безладний процес. Ми вважаємо, що ці нові докази відкривають можливості для пошуку малечих чорних дір або малечих нейтронних зір».

"Ядро Корови"

AT2018cow є одним із багатьох "астрономічних транзієнтів", відкритих у 2018 році. "Корова" (cow) в його назві є випадковим збігом процесу астрономічного іменування (наприклад, «aaa» відноситься до найпершого астрономічного транзієнта, виявленого у 2018 році). Сигнал відноситься до кількох десятків відомих FBOT, і це один із небагатьох таких сигналів, які спостерігалися в режимі реального часу. Його потужний спалах — до 100 разів яскравіший за типову наднову — було виявлено під час спостережень на Гаваях, про що негайно було розіслано сповіщення в обсерваторії по всьому світу.

«Це було захопливо, тому що почали накопичуватися купи даних», – каже Пашам. «Кількість енергії була на порядки більшою, ніж у типової наднової з колапсом ядра. І питання полягало в тому, що може створити це додаткове джерело енергії?»

Астрономи запропонували різні сценарії для пояснення надяскравого сигналу. Наприклад, він міг бути продуктом чорної діри, народженої в надновій. Або він міг виникнути в результаті того, що чорна діра середньої ваги здирає матеріал з зірки, що пролітає повз. Однак дані, зібрані оптичними телескопами, не дозволили остаточно визначити джерело сигналу. Пашам зацікавився, чи можна знайти відповідь у рентгенівських даних.

«Цей сигнал був близьким, а також яскравим у рентгенівських променях, що привернуло мою увагу», – каже Пашам. «Мені перше, що спадає на думку, це те, що якесь дуже енергійне явище генерує рентгенівське випромінювання. Тому я хотів перевірити ідею про те, що в ядрі Корови знаходиться чорна діра або компактний об’єкт».

Знаходження пульсу

Команда звернулася до рентгенівських даних, зібраних приладом NASA "Досліджувач внутрішнього складу нейтронних зір" (NICER), телескопом, що здійснює рентгенівський моніторинг на борту Міжнародної космічної станції. NICER почав спостерігати за Коровою приблизно через п’ять днів після її первинного виявлення оптичними телескопами та відстежував сигнал протягом наступних 60 днів. Ці дані були записані у загальнодоступний архів, який Пашам та його колеги завантажили та проаналізували.

Команда переглянула дані, щоб ідентифікувати рентгенівські сигнали, що виходять поблизу AT2018cow, і підтвердила, що викиди були не з інших джерел, таких як шум приладів або космічні фонові явища. Вони зосередилися на рентгенівському випромінюванні та виявили, що Корова, схоже що, видає сплески з частотою 225 герців, або раз на 4,4 мілісекунди.

Пашам ухопився за цей імпульс, усвідомивши, що його частоту можна використовувати для безпосереднього обчислення розміру того, що пульсує. При цьому розмір об’єкта, що пульсує, не може перевищувати відстань, яку швидкість світла може подолати за 4,4 мілісекунди. За цим міркуванням він підрахував, що розмір об’єкта не повинен перевищувати 1,3х10^8 сантиметрів або приблизно 1000 кілометрів завширшки.

«Єдине, що може бути таким маленьким, — це компактний об’єкт — або нейтронна зоря, або чорна діра», — каже Пашам.

Далі команда підрахувала, що, виходячи з енергії, яку випромінює AT2018cow, його маса повинна становити не більше 800 сонячних мас.

«Це виключає ідею про те, що сигнал надходить від чорної діри середньої маси», — каже Пашам.

За його словами, окрім визначення джерела цього конкретного сигналу, дослідження демонструє, що рентгенівський аналіз FBOT та інших надяскравих явищ може стати новим інструментом для вивчення малечих чорних дір.

«Коли з’являється нове явище, то з’являється хвилювання від того, що воно може розповісти щось нове про Всесвіт», – каже Пашамм. «Щодо FBOT ми показали, що можемо детально вивчати їхні пульсації так, як це неможливо в оптиці. Отже, це новий спосіб зрозуміти ці новонароджені компактні об’єкти».

Це дослідження було частково підтримало NASA.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.