Астрономы обнаружили прямую связь между взрывной гибелью массивных звезд и образованием самых компактных и загадочных объектов во Вселенной — черных дыр и нейтронных звезд. С помощью Очень Большого Телескопа (VLT) и Телескопа Новой Технологии (NTT) две команды астрономов Европейской Южной обсерватории смогли наблюдать последствия взрыва сверхновой в соседней галактике и найти доказательства существования таинственного компактного объекта, который остался после нее.
Когда массивные звезды достигают конца своей жизни, они коллапсируют под действием собственной гравитации так быстро, что происходит сильный взрыв, известный как сверхновая. Астрономы полагают, что после всего этого взрыва остается сверхплотное ядро или компактный остаток звезды. В зависимости от того, насколько массивна была звезда, компактный остаток будет либо нейтронной звездой, либо черной дырой.
Астрономы нашли множество свидетельств, намекающих на такую цепочку событий в прошлом, например нейтронную звезду в Крабовидной туманности — газовом облаке, оставшемся после взрыва сверхновой звезды почти тысячу лет назад. Но они никогда раньше не видели, чтобы этот процесс происходил в реальном времени. «В нашей работе мы устанавливаем такую прямую связь», — говорит Пин Чен из Института Вейцмана, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature и представленного на 243-й ежегодной конференции Американского астрономического общества в Новом Орлеане.
В мае 2022 года южноафриканский астроном-любитель Берто Монар обнаружил сверхновую SN 2022jli в спиральном рукаве соседней галактики NGC 157, расположенной на расстоянии 75 миллионов световых лет от нас. Две команды астрономов изучили последствия этого взрыва.
После взрыва яркость большинства сверхновых со временем просто угасает; астрономы видят плавное, постепенное снижение «кривой блеска». Но поведение SN 2022jli очень своеобразно: снижение общей яркости не происходит плавно, а вместо этого колеблется вверх и вниз каждые 12 дней или около того. «В данных SN 2022jli мы видим повторяющуюся последовательность просветления и затухания. Это первый случай, когда повторяющиеся периодические колебания на протяжении многих циклов были обнаружены в кривой блеска сверхновой», — говорит Томас Мур из Университета Квинс в Белфасте,, который руководил исследованием сверхновой, опубликованным в Astrophysical Journal.
Команды Мура и Чена единодушно полагают, что такое поведение может быть объяснено наличием второй звезды в системе SN 2022jli. На самом деле, массивные звезды нередко находятся вместе со звездой-компаньоном в так называемой двойных системах. Однако в этой системе примечательно то, что звезда-компаньон, похоже, пережила взрыв своего партнера, и два объекта, компактный остаток и звезда-компаньон, продолжили вращаться вокруг друг друга.
Данные, собранные командой Мура, включали наблюдения с помощью NTT ESO в пустыне Атакама в Чили. Они не позволили точно определить, как взаимодействие между двумя объектами вызвало максимумы и минимумы кривой блеска. Но команде Чена удалось получить дополнительные сведения. Они обнаружили те же регулярные колебания видимой яркости системы, которые обнаружила команда Мура, а также заметили периодические движения газообразного водорода и вспышки гамма-излучения в системе. Их наблюдения стали возможными благодаря ряду инструментов на земле и в космосе, в том числе спектрометру X-shooter на VLT ESO, также расположенном в Чили.
Объединив все улики, обе команды в целом сходятся во мнении, что, когда звезда-компаньон взаимодействовала с материалом, выброшенным во время взрыва сверхновой, ее богатая водородом атмосфера стала более раздутой, чем обычно. Затем, когда компактный объект, оставшийся после взрыва, пронесся через атмосферу спутника на своей орбите, он захватил газообразный водород, образовав вокруг себя горячий диск материи. Это периодическое похищение материи, или аккреция, высвободило много энергии, которая была зафиксирована в наблюдениях как регулярные изменения яркости.
Несмотря на то что командам не удалось наблюдать свет, исходящий от самого компактного объекта, они пришли к выводу, что это энергетическое похищение может быть связано только с невидимой нейтронной звездой или, возможно, с черной дырой, затягивающей материю из атмосферы звезды-компаньона.
Ученым еще многое предстоит разгадать, включая точную природу компактного объекта и то, какой конец может ожидать эту двойную систему. Телескопы следующего поколения, такие как Чрезвычайно Большой Телескоп ESO, запуск которого запланирован на конец нынешнего десятилетия, помогут астрономам выявить детали этой уникальной системы.
