В соседней галактике бесследно исчезла гигантская звезда
Астрономы стали свидетелями того, как гигантская звезда исчезла в соседней галактике. По их словам, это исчезновение показывает, что умирающие звезды могут коллапсировать прямо в черную дыру без взрыва сверхновой. Если неудавшиеся сверхновые — обычное явление во Вселенной, это может объяснить большое количество черных дыр и заставить по-новому взглянуть на сверхновые как на основной источник тяжелых элементов.
«Это меняет всю картину звездной эволюции», — говорит астроном Эмма Бизор (Emma Beasor) из Ливерпульского университета имени Джона Мурса, которая не принимала участия в исследовании.
Однако, по словам Бизор, несостоявшаяся сверхновая — не единственное объяснение этим наблюдениям, которые опубликованы в Science. Она будет внимательно следить за тем, останется ли звезда мертвой. «К сожалению, нам остается только ждать», — говорит она.
Согласно общепринятой теории гибели звезд, после того как звезды сжигают свое топливо, их ядра коллапсируют. Малые звезды без особых последствий превращаются в белых карликов. Но звезды, масса которых более чем в восемь раз превышает массу Солнца, не умирают тихо.
Ядро сжимается до тех пор, пока не достигнет плотности атомного ядра и не перестанет сжиматься, превращаясь в нейтронную звезду. Внезапная остановка порождает отраженную ударную волну, которая выбрасывает внешние слои звезды в космос, образуя яркий шар из обломков — сверхновую, которая на короткое время затмевает галактику, в которой она находится. Позже нейтронная звезда может превратиться в черную дыру по мере того, как в нее будет падать все больше звездного вещества.
Некоторые теоретики предполагают, что эта схема перестает работать для самых тяжелых звезд с массой 16 и более солнечных. Считается, что их массивные ядра быстро коллапсируют и превращаются в черную дыру, не оставляя ударной волны, которая могла бы отбросить внешние слои. Наблюдатели видят признаки этого явления. Когда астрономы обнаруживают сверхновую, они иногда могут определить ее прародителя по архивным данным. И прародителей с массой более 16 солнечных явно не наблюдается.
Но поймать несостоявшуюся сверхновую оказалось гораздо сложнее. Сверхновые в Млечном Пути вспыхивают всего несколько раз в столетие, а за пределами нашей галактики отдельные звезды можно увидеть только в соседних галактиках.
Об одном явном кандидате сообщила в 2015 году группа ученых из Университета штата Огайо (OSU), которая в течение последних 17 лет наблюдала за 26 близлежащими галактиками с помощью Большого бинокулярного телескопа в Аризоне.
Кандидат, получивший название N6946-BH1, в 2009 году стал ярче, а в последующие годы тускнел, пока не стал невидимым в оптическом диапазоне. Объект по-прежнему излучает тусклый свет в среднем инфракрасном диапазоне. Команда ждет, что будет дальше.
В новом исследовании ведущий автор Кишалай Де (Kishalay De) из Колумбийского университета и его коллеги изначально не искали несостоявшиеся сверхновые. Вместо этого они изучали звезды, яркость которых менялась, в архиве данных, собранных вышедшим из строя космическим телескопом NASA NEOWISE. Одна из обнаруженных ими звезд в соседней галактике Андромеды стала ярче в 2014 году, но через пару лет снова потускнела. Звезда, получившая название M31-2014-DS1, теперь не видна в оптическом диапазоне даже для космического телескопа «Хаббл» — как и несостоявшийся кандидат в сверхновые, обнаруженный командой Университета штата Огайо.
В препринте, опубликованном на сайте arXiv, команда Де сообщает о дополнительных наблюдениях за объектом с помощью инфракрасного телескопа «Джеймс Уэбб». Телескоп зафиксировал светящийся, но тускнеющий покров из газа и пыли, который медленно расширяется со скоростью 100 километров в секунду.
По мнению ученых, это внешние слои звезды, сброшенные незадолго до коллапса ядра. С помощью рентгеновской обсерватории «Чандра» NASA они не обнаружили рентгеновского излучения, которое обычно испускают черные дыры при поглощении материи. Но это и не удивительно, объясняет Де, ведь оболочка из газа и пыли поглощает рентгеновские лучи и другой свет от черной дыры, нагреваясь и переизлучая его в инфракрасном диапазоне.
У Бизор все еще есть сомнения. Во-первых, масса звезды-прародительницы M31-2014-DS1, по оценкам, составляет менее 13 масс Солнца, что меньше, чем ожидалось для несостоявшейся сверхновой. Те же данные, полученные с помощью телескопов «Джеймс Уэбб» и «Чандра», можно объяснить слиянием двух звезд в одну, более крупную, в результате чего образовалось огромное количество пыли, полностью перекрывшей свет более крупной звезды, как утверждали Бизор и ее коллеги.
«На самом деле мы не знаем, как должна выглядеть несостоявшаяся сверхновая, — говорит Бизор. — Существует множество моделей… и [M31-2014-DS1] не похожа ни на одну из них».
Де и его команда создали собственную теоретическую модель, объясняющую, что M31-2014-DS1 — это несостоявшаяся сверхновая. По словам Де, эта модель также довольно хорошо описывает N6946-BH1. Если звезды с меньшей массой, такие как M31-2014-DS1, могут сразу коллапсировать в черную дыру, то, возможно, несостоявшиеся сверхновые встречаются чаще, чем думают теоретики.
Это имело бы серьезные последствия. Это может лишить Вселенную тяжелых элементов, которые, как считается, образуются в огненных шарах сверхновых. Со временем сверхновые постепенно обогащают галактики этими металлами, которые служат своего рода летописью истории галактики.
Поскольку при неудачных взрывах сверхновых выбрасывается меньше звездного вещества, они также более эффективно способствуют образованию более тяжелых черных дыр. Это может помочь объяснить неожиданно тяжелые черные дыры, обнаруженные с помощью детекторов гравитационных волн.
Недавно ученые усомнились, что в существовавшей годами теории о том, что в центре Млечного Пути расположена черная дыра.
