Всем известно, что взрывная смерть сверхмассивных звезд (называемых сверхновыми) приводит к созданию черных дыр или нейтронных звезд, верно? По крайней мере, именно такой эволюционный путь предполагают астрономы. И эти компактные объекты существуют по всей Вселенной. Но никто никогда раньше не видел реального процесса рождения нейтронной звезды или черной дыры в действии.
Ситуация изменилась, когда в соседней галактике NGC 157 произошла сверхновая SN 2022jli. Это катастрофическое событие звездной смерти было обнаружено в мае 2022 года астрономом-любителем Берто Монаром. Его поведение быстро привлекло внимание двух групп профессиональных астрономов. Наблюдения с помощью Очень большого телескопа и телескопа новых технологий Европейской южной обсерватории позволили получить высококачественные измерения кривой блеска, а также другие данные. Эти измерения и излучение показали нечто необычное, не похожее на «обычную» сверхновую.
В центре внимания сверхновая
Астрономы Пинг Чан из Института науки Вейцмана в Израиле и Томас Мур из Королевского университета в Белфасте, Северная Ирландия, возглавляли группы, изучавшие странное поведение этой сверхновой. Их анализ показал, что взрыв сверхновой в конечном итоге создал массивный компактный объект. Это было довольно интересно, потому что до сих пор никто не наблюдал, как этот процесс происходит (почти) в реальном времени. Это делает кривую блеска полезным источником информации о создании нейтронной звезды или черной дыры.
Команда Чана хотела установить прямую связь между гибелью массивной звезды-сверхгиганта и созданием объекта. «В нашей работе мы устанавливаем такую прямую связь», — сказал Чан и сообщил о работе на недавнем собрании Американского астрономического общества.
Команда Мура также была заинтригована кривой блеска этого события. «В данных SN 2022jli мы видим повторяющуюся последовательность просветления и исчезновения», — сказал он. «Это первый случай, когда повторяющиеся периодические колебания на протяжении многих циклов были обнаружены в кривой блеска сверхновой».
Нахождение недостающего звена между сверхновыми, черными дырами и нейтронными звездами
Сверхновые возникают во Вселенной довольно часто. Астрономы изучают их и составляют графики изменения их яркости с течением времени. После первоначального взрыва свет, который он генерирует, через некоторое время тускнеет. Обычно это довольно плавное изменение кривой блеска. Но SN 2022jli, так сказать, не укладывался в «нормальную» кривую. Вместо плавного затухания яркость света от взрыва колебалась в течение 12-дневного периода. Обе команды заметили это колебание, а группа Чана также обнаружила движение газообразного водорода и всплески гамма-излучения в этом регионе.
Какую историю о создании черных дыр или нейтронных звезд рассказывает странная кривая блеска SN 2022jli? Начнем с самого взрыва. Это был прекрасный пример того, что астрономы называют «сверхновыми типа II». По сути, в конце своей жизни сверхмассивная звезда коллапсирует, а затем взрывается наружу. Оставшееся ядро коллапсирует дальше, образуя один из двух типов массивных объектов. Нейтронная звезда – одна из них. Это то, что осталось после того, как быстро разрушающееся ядро звезды превратило оставшиеся протоны и нейтроны материи в нейтроны. По сути, это шар нейтронов. Большинство нейтронных звезд имеют массу, равную массе Солнца, раздавленного внутри себя. Но они маленькие — очень маленькие по сравнению со своими звездами-прародителями. Большинство из них имеют диаметр около 20 километров.
Черные дыры звездной массы также возникают в результате смерти сверхмассивных звезд, которые были как минимум в 20 раз больше массы Солнца. Ядро коллапсирует во время события, так же, как и в случае с нейтронной звездой. Но масса настолько велика, что в результате этого события создается черная дыра, дробящая весь оставшийся материал ядра в точку плотной материи.
Установление связи между сверхновыми и компактными массивными объектами
Все данные наблюдений помогли обеим командам предположить следующий сценарий. Как и у многих массивных звезд, у прародительницы SN 2022jli, по-видимому, была по крайней мере одна звезда-компаньон. Вероятно, он пережил взрыв сверхновой. Вспышка выбросила огромное количество материала, и звезда-компаньон взаимодействовала с ним. Это привело к тому, что его атмосфера «надулась». Вновь созданный компактный объект проходит через орбиту звезды и высасывает газообразный водород из звезды. Этот материал стекается в аккреционный диск вокруг компактного объекта. Эти периодические эпизоды кражи материи у звезды высвобождают много энергии, которая улавливается как регулярные изменения яркости в измерениях кривой блеска, а также в сигналах гамма-излучения.
Конечно, мы не можем видеть свет, исходящий от самого компактного объекта — будь то нейтронная звезда или черная дыра. Но мы видим излучение нагретого материала, втянутого в аккреционный диск вокруг компактного объекта. А поскольку астрономы смогли отслеживать изменения кривой блеска из-за активности массивного объекта, это было равносильно наблюдению за его формированием. «Наше исследование похоже на решение головоломки путем сбора всех возможных доказательств», — сказал Чен о результатах. «Все эти кусочки, выстроенные в ряд, ведут к истине».
Следующий шаг — выяснить, что именно формировалось астрономами. Была ли это нейтронная звезда с чрезвычайно сильными магнитными полями и гравитацией или черная дыра с настолько сильной гравитацией, что ничто (даже свет) не могло ускользнуть от нее? Определение этого требует дополнительных наблюдений и возможностей телескопов, которые еще не подключены к сети, таких как Чрезвычайно Большой Телескоп, который начнет работу через несколько лет.
Для дополнительной информации
Найдено недостающее звено: сверхновые порождают черные дыры или нейтронные звезды
SN 2022jli: сверхновая типа 1c с периодической модуляцией кривой блеска и необычно длительным восхождением. Периодичность 12,4 дня в тесной двойной системе после сверхновой.
