Астрономы впервые увидели “последний вздох” умирающей звезды

Орбитальная обсерватория NuSTAR впервые получила фотографии престарелого светила в последние мгновения его жизни перед превращением в черную дыру или нейтронную звезду. Эти снимки и возможные объяснения их природы были опубликованы учеными в Astrophysical Journal.

“В рентгене эта вспышка была похожа на обычную черную дыру или нейтронную звезду, поглощающую материю. С другой стороны, в других частях спектра она выглядит совсем иначе. Это говорит о том, что мы впервые смогли проследить за рождением подобных компактных объектов в режиме реального времени”, — заявила Раффаэлла Маргутти (Raffaella Margutti) из Северо-западного университета в Эванстоне (США)

Жизнь и смерть в космосе

Все известные человечеству сверхновые возникли в результате взрыва крупных, но не самых больших звезд, чья масса составляет от 20 до 30 и от 40 до 50 солнечных масс. Звезды в этом диапазоне масс гибнут примерно по одному и тому же сценарию.

Когда светило исчерпывает запасы термоядерного “горючего”, его материя резко сжимается до размеров атома под действием силы гравитации. В это время внутри него, в результате усиления термоядерных реакций и роста температур, возникает ударная волна, которая движется от центра в сторону краев погибающей звезды.

Как правило, эта волна обладает достаточной силой для того, чтобы остановить сжатие и обратить его вспять, что приводит к мощнейшему термоядерному взрыву и разбрасыванию внешних оболочек светила, на месте которого возникает нейтронная звезда и гигантское облако горячего газа, пульсарная или планетарная туманность.

Недавно астрономы открыли несколько чрезвычайно мощных сверхновых, не укладывающихся в подобный сценарий – породившие их звезды должны были не взорваться, а напрямую превратиться в черную дыру. Подобные разночтения говорят о том, что мы пока не до конца понимаем, что происходит внутри звезд в последние мгновения их жизни.

Это побуждает ученых постоянно следить за ночным небом в надежде “поймать” сверхновую в первые мгновения после смерти светила. Как считает Маргутти, первый такой объект, всплеск AT2018cow, был обнаружен рентгеновским орбитальным телескопом NuSTAR в июне прошлого года.

Эта вспышка, как отмечают ученые, произошла в близлежащей галактике CGCG 137-068, расположенной в созвездии Геркулеса на расстоянии в 200 миллионов световых лет от Земли. Она продолжалась примерно три дня, причем ее пиковая яркость была примерно в десять раз выше, чем у типичных сверхновых первого или второго типа.

Помимо сверхвысокой мощности, у этой вспышки было и несколько других странностей, в том числе необычный “цвет”, которые заставили ученых изучить ее при помощи ряда других телескопов, работающих в радиоволновой, ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной части спектра.

В этих наблюдениях, которые продолжались свыше ста дней после открытия AT2018cow, принимали участие и российские исследователи из Физико-технического института РАН в Санкт-Петербурге.

Дыра за ширмой

Сравнивая снимки с NuSTAR и этих обсерваторий, ученые пришли к неожиданному выводу – они одновременно видели и саму световую вспышку сверхновой, и рентгеновское излучение, которое вырабатывала новорожденная черная дыра или пульсар в момент их появления на свет.

Их “плевки”, как показывают расчеты ученых, подогревали облако из газа и пыли, возникшее после гибели звезды. Благодаря этому оно светилось в десятки раз выше, чем обычная сверхновая, и гасло намного медленнее других мертвых звезд.

Почему раньше ученые никогда не замечали подобных свойств у сверхновых? Как считает Маргутти, это связано с тем, что прародитель AT2018cow обладал крайне малой массой для звезды, способной превратиться в сверхновую. Благодаря этому ее “погребальный саван” был достаточно разреженным для того, чтобы рентгеновское излучение черной дыры могло пробиться через него и достичь Земли.

Не все ученые согласны с подобной интерпретацией. Другие участники научной команды NuSTAR считают, что AT2018cow возникла по совсем другому сценарию, который тоже предусматривает смерть светила.

Ее прародителем, по мнению авторов этой идеи, был белый карлик, сблизившийся на опасное расстояние со сверхмассивной черной дырой в центре одного из спутников CGCG 137-068. Ее притяжение разорвало звезду на части, что привело к мощнейшей вспышке и породило облако из раскаленных остатков, медленно остывавших на протяжении последующих месяцев.

Как надеются и те, и другие астрофизики, последующие наблюдения за AT2018cow и поиски других похожих вспышек помогут понять, какая из этих теорий ближе к истине. Это, в свою очередь, позволит ученым уточнить то, какую роль сверхновые играли в “засеивании” Вселенной тяжелыми элементами и прочими “кирпичиками” Земли и других планет.

link