Впервые ученые обнаружили «недостающее звено» между звездами и черными дырами

Впервые мы наконец получили прямые наблюдательные доказательства звездного процесса, в результате которого рождаются нейтронные звезды и черные дыры.

Из сверхновой, взорвавшейся в соседней галактике, астрономы наблюдали появление чего-то с отличительные черты таких компактных объектов. Неясно, какой тип — нейтронная звезда или черная дыра, но открытие окончательно подтверждает, что коллапс ядра массивных звезд приводит к образованию самых плотных объектов во Вселенной в результате впечатляющего взрыва звездного материала.

Звездная масса Считается, что черные дыры и нейтронные звезды являются результатом схожих процессов.

К концу своей жизни у звезды заканчивается топливо, необходимое для поддержания термоядерного синтеза — процесса, который поддерживает ее горение. Происходит довольно сложная серия событий, но в конечном итоге звезда выбросит свой внешний материал; ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением термоядерного синтеза, коллапсирует под действием силы тяжести, становясь сверхплотным объектом (во всяком случае, для большинства звезд).

Природа этого объекта зависит от его массы. Звезды меньше восьми Солнц порождают белого карлика, что в конечном итоге предсказывает судьбу самого Солнца.

Если масса звезды-предшественника была примерно в 8–30 раз больше массы Солнца, ядро ​​коллапсирует в нейтронную звезду с массой примерно до 2,3 солнечных.

А самые массивные звезды, массой более 30 солнечных, становятся черными дырами звездной массы.

Однако наше понимание этого процесса во многом основано на наблюдении за его последствиями. Например, нейтронные звезды Млечного Пути, сияющие изнутри остатков взрыва сверхновой, в которой они родились, такие как знаменитый Крабовидный Пульсар (внизу) или Вела Пульсар (пульсар — это тип нейтронной звезды). p>

Мы не видели сверхновую в Млечном Пути уже несколько столетий. И даже если бы мы это сделали, мы, возможно, не смогли бы увидеть то, что осталось. Самая близкая сверхновая в последнее время, звезда, которую мы видели взорвавшейся в Большом Магеллановом Облаке в 1987 году, имеет в центре столько пыли, что мы не можем видеть остаток ядра, предположительно находящийся внутри. Не говоря уже о трудностях наблюдения результатов сверхновой, находящейся на расстоянии миллионов световых лет.

По крайней мере, мы так думали. Сверхновая SN 2022jli была впервые обнаружена в прошлом году: она взорвалась в спиральной галактике NGC 157, всего в 75 миллионах световых лет от нас. Поскольку мы так мало знаем об этом процессе, учёные сразу же обратили внимание на телескопы к NGC 157, чтобы наблюдать, как сверхновая ярче, достигает пика и тускнеет в последующие дни, недели и месяцы.

Впечатление художника о звезде в двойной системе, пережившей сверхновую своего компаньона. (ESO/L. Calçada)

Обычно это плавный процесс, приводящий к затуханию кривой блеска, которая в значительной степени представляет собой ровную линию.

Но SN 2022jli это сделала что-то действительно странное. После своего пика оно затухало не равномерно, а с периодическим изменением яркости. Каждые 12,4 дня в течение 200 дней, пока ученые отслеживали ее, сверхновая усиливалась и постепенно тускнела.

«Это первый раз», — написала в статье группа под руководством астрофизика Томаса Мура из Королевского университета в Белфасте. опубликованном в прошлом году, «в кривой блеска сверхновой были обнаружены повторяющиеся периодические колебания на протяжении многих циклов».

Теперь вторая группа под руководством астрофизика Пин Чена из Научного института Вейцмана в Израиле обнаружила выяснили, почему.

Астрономы полагают, что большинство звезд не одиночки, а имеют звезд-компаньонов. У звезды SN 2022jli, вероятно, тоже был двойной компаньон – тот, который пережил сверхновую и остался на орбите вместе с взорвавшимся объектом.

Чен и его коллеги обнаружили всплески гамма-излучения и движение водорода. в месте, где произошла сверхновая. Их анализ показал, что изменения яркости, вероятно, вызваны взаимодействием остатка SN 2022jli и звезды-компаньона. Когда SN 2022jli выбросила свой внешний материал, она наполнила звезду-компаньона водородом.

После взрыва орбита двух объектов переносит компактный остаток ядра через пухлую атмосферу компаньона, где он поглощает кучу водорода. Когда этот водород падает на остаток, он нагревается, вызывая свечение.

Исследователи не знают, является ли объект черной дырой или нейтронной звездой. Но они уверены, что это один из них. Это означает, что SN 2022jli — первая сверхновая, от которой астрономы смогли наблюдать в реальном времени появление компактного объекта.

Это кульминация десятилетий наблюдений, анализа и теории. С этого момента наше понимание черных дыр и нейтронных звезд может только укрепиться.

«Наше исследование похоже на решение головоломки путем сбора всех возможных доказательств», — говорит Чен. «Все эти кусочки, выстроенные в ряд, ведут к истине».

Исследование опубликовано в журнале Nature.