Астрономы обнаружили следы далёкой сверхновой, которая произошла при нетипичных обстоятельствах. Взрыв произошёл в момент слияния чёрной дыры или нейтронной звезды с ядром массивной звезды. Астрофизики уже предсказывали подобные события теоретически, но открытие стало первым наблюдением явления на практике. Подробнее о научной работе читайте в материале
Международная группа учёных рассказала об обнаружении радиоэха странного космического катаклизма, который произошёл в далёкой карликовой галактике в 480 миллионах световых лет от Земли. Ничего подобного никто раньше не наблюдал. Исследователи опубликовали статью с изложением работы в журнале Science.
Приблизительно 70 процентов звёзд с массами больше восьми солнечных образуются в тесных парах с другими светилами. Между компаньонами в таких двойных системах возможно перетекание вещества. При этом более массивная звезда быстрее эволюционирует, раньше гибнет и оставляет после себя белый карлик, нейтронную звезду или чёрную дыру.
Потом подходит к концу время жизни менее массивного светила. Оно превращается в красного гиганта и раздувается настолько, что приливные силы компаньона могут начать стягивать вещество её внешних слоёв. Происходящее дальше зависит от того, что представляет собой второй компонент системы.
Если это белый карлик, то он постепенно набирает вещество, пока не приблизится к пределу Чандрасекара в 1,44 масс Солнца. Затем происходит термоядерный взрыв, разносящий белый карлик — сверхновая типа Ia. Если это нейтронная звезда или чёрная дыра, то падающее на них вещество образует аккреционный диск, где разогревается до огромных температур и излучает в рентгеновском и даже гамма-диапазоне. Такие системы называют рентгеновскими двойными звёздами или микроквазарами.
Затем подходит к концу жизненный цикл второго светила системы. Оно превращается в белый карлик, нейтронную звезду или черную дыру и закручивается в «танец смерти» со своим компаньоном, за миллиарды лет расходуя орбитальную энергию на излучение гравитационных волн. В результате два компактных объекта постепенно сближаются, пока не сливаются воедино. Множество подобных слияний уже зарегистрировали детекторы гравитационных волн — LIGO, Virgo и другие.
Возможен и иной сценарий. Если два светила обращаются друг вокруг друга слишком близко, то компактный объект со временем угодит внутрь другой, ещё живой звезды. Тогда её внешние слои потеряют гравитационную связь с ядром и превратятся в плотную светящуюся расширяющуюся оболочку тороидальной формы. В астрофизике такую конфигурацию принято называть двойной системой с общей оболочкой.
Такие двойные системы ещё быстрее теряют орбитальную энергию. Ядро звезды и компактный объект по спирали сближаются друг с другом, преодолевая сопротивление плотной среды общей оболочки. В конце концов они сталкиваются и сливаются, что со стороны выглядит как взрыв сверхновой.
Поиском таких сверхновых занялась команда учёных из США, Израиля, Канады и Японии. С этой целью исследователи изучили базу данных небесного обзора VLASS. Его выполнила в 2017-2018 годах радиообсерватория VLA в Нью-Мехико. Учёные искали переменные радиосигналы, которые отсутствовали в более ранних обзорах массива радиотелескопов.
Самый яркий из источников, которые нашли учёные, получил обозначение VT 1210+4956. Он расположен на периферии карликовой спиральной галактики SDSS J121001.38+495641.7 в 480 миллионах световых лет от Земли. Космические вспышки радиоизлучения обычно возникают при столкновении быстро движущегося материала сверхновой с медленно движущимся околозвёздным материалом, выброшенным ещё до взрыва. При этом торможение заряженных частиц порождает синхротронное излучение в радиодиапазоне. Яркость подобной вспышки была в 10 раз сильнее, чем у любого другого нового радиоисточника в небесном обзоре.
Это значит, что выброшенный материал двигался на околосветовой скорости. Так ускориться вещество могло только в джете — релятивистской струе, которая возникает в аккреционном диске чёрной дыры или нейтронной звезды. Из этого следует, что VT 1210+4956 светился ещё и в рентгеновском или гамма-диапазоне.
Учёные обратились к архивным данным рентгеновских телескопов, чтобы найти вспышки, которые происходили в недавние годы на месте VT 1210+4956. Им действительно удалось обнаружить в нужном месте 15-ти секундный всплеск рентгеновских лучей под обозначением GRB140814A. В 2014 году его зафиксировал инструмент MAXI на борту МКС.
Эти находки позволили учёным воссоздать хронологию космического катаклизма. Компактный объект — нейтронная звезда или чёрная дыра — вошёл внутрь обречённого светила за несколько сотен лет до взрыва сверхновой. Это привело к отрыву внешних оболочек звезды, которые образовали облака расширяющегося вещества. За короткий промежуток времени в окружающее пространство выбросилось не менее одной массы Солнца. Постепенно компактный объект по спирали приблизился к ядру умирающей звезды и разорвал его своими приливными силами. В этот момент произошёл взрыв сверхновой, который зафиксировал в 2014 году детектор MAXI. Вокруг компактного объекта сформировался аккреционный диск из вещества разорванного ядра звезды. С его полюсов вырвались джеты, которые устремились к выброшенному за предыдущие столетия веществу. Через три года релятивистские струи столкнулись с этими облаками и вызвали в радиодиапазоне ярчайшую вспышку синхротронного излучения. Её-то и обнаружил в 2017 году массив радиотелескопов VLA.
Это явление — первый пример нового типа сверхновых, которые вызваны слиянием компактного объекта со звездой. Теперь учёных наверняка ждут открытия и других похожих космических катаклизмов.
Автор: Дмитрий Логинов
Источники: science.org, astrobites.org, phys.org
