Используя комбинацию телескопов, астрономы охарактеризовали ближайшую сверхновую, связанную с быстрым рентгеновским транзиентом. Наблюдения показывают, что эти яркие вспышки рентгеновского излучения могут быть результатом «неудачной» взрывной смерти массивной звезды.
В наблюдениях участвовали:
* Международная обсерватория Джемини, управляемая NSF NOIRLab;
* Телескоп SOAR в обсерватории Серро-Тололо в Чили, программа NSF NOIRLab.
Первые рентгеновские вспышки
С момента их первого обнаружения мощные всплески рентгеновского излучения из далёких галактик, известные как быстрые рентгеновские транзиенты (FXTs), озадачивали астрономов. FXTs исторически были неуловимыми событиями, происходящими на огромных расстояниях от Земли и длящимися всего несколько секунд или часов.
Космический аппарат Einstein Probe (EP), запущенный в 2024 году, предназначен для наблюдения за транзиентными событиями в рентгеновском диапазоне и меняет правила игры для астрономов, стремящихся понять происхождение этих экзотических явлений.
EP 250108a
В январе 2025 года EP сообщил астрономам о ближайшем на тот момент FXT, названном EP 250108a. Его близость к Земле (2,8 миллиарда световых лет) предоставила беспрецедентную возможность для детального наблюдения за развитием события.
После первоначального обнаружения EP 250108a большая международная группа астрономов приступила к захвату его сигнала в нескольких диапазонах волн. Спектрограф FLAMINGOS-2 на телескопе Gemini South, одна половина Международной обсерватории Джемини, предоставил данные в ближнем инфракрасном диапазоне, в то время как спектрограф Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) на телескопе Gemini North предоставил оптические данные.
Быстрое реагирование обсерватории Джемини
Благодаря возможностям быстрого реагирования обсерватории Джемини команда быстро определила местоположение EP 250108a, где они обнаружили сияющие последствия взрывной смерти массивной звезды, известной как сверхновая.
Анализ быстро эволюционирующего сигнала EP 250108a в течение первых шести дней после первоначального обнаружения показал, что этот FXT, вероятно, является «неудачной» вариацией гамма-всплеска (GRB).
GRB — это самые мощные взрывы во Вселенной, которые наблюдались перед сверхновыми. Во время этих событий мощные гейзеры высокоэнергетических частиц прорываются через внешние слои звезды, когда она коллапсирует внутрь себя. Эти струи движутся со скоростью, близкой к скорости света, и их можно обнаружить по гамма-излучению.
EP 250108a похож на струйный взрыв, но в нём струи не прорываются через внешние слои умирающей звезды, а остаются внутри. Когда подавленные струи взаимодействуют с внешними слоями звезды, они замедляются, и их кинетическая энергия преобразуется в рентгеновские лучи, обнаруженные космическим аппаратом Einstein Probe.
«Эта сверхновая FXT почти близнец прошлых сверхновых, за которыми следовали GRB», — говорит Роб Эйлз-Феррис, постдокторант Лестерского университета и ведущий автор одной из двух сопутствующих статей, представляющих эти результаты, которые появятся в The Astrophysical Journal Letters. «Наши наблюдения за ранними стадиями эволюции EP 250108a показывают, что взрывы массивных звёзд могут порождать оба явления».
Дальнейшие наблюдения
Хотя наблюдения на ранних стадиях дают представление о механизмах, управляющих FXT, для определения характеристик звезды-прародителя необходим более длительный мониторинг события. Поэтому команда продолжала наблюдать за EP 250108a в течение более чем шести дней, наблюдая, как затухает излучение захваченной струи, и как оптический сигнал от связанной с ней сверхновой, SN 2025kg, доминирует в спектрах.
«Одни только рентгеновские данные не могут сказать нам, какие явления создали FXT», — говорит Джиллиан Растинеджад, доктор философии Северо-Западного университета и ведущий автор второй сопутствующей статьи. «Наша кампания по оптическому мониторингу EP 250108a сыграла ключевую роль в выявлении последствий FXT и сборе улик, указывающих на его происхождение».
В месте расположения EP 250108a команда наблюдала рост оптической яркости, который длился несколько недель, прежде чем исчезнуть, наряду со спектрами, содержащими широкие линии поглощения. Эти характеристики указывают на то, что FXT связан со сверхновой типа Ic с широкими линиями.
Наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с 4,1-метрового Южного астрофизического исследовательского телескопа (SOAR) в обсерватории Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) в Чили дополнительно помогли определить пиковую яркость сверхновой, предлагая дополнительные подсказки о том, как выглядела звезда-прародитель. Команда оценивает, что звезда, смерть которой вызвала EP 250108a и связанную с ней сверхновую, имела массу примерно в 15–30 раз больше солнечной.
«Наш анализ однозначно показывает, что FXT могут возникать в результате взрывной смерти массивной звезды», — говорит Растинеджад. «Это также подтверждает причинно-следственную связь между GRB-сверхновыми и FXT-сверхновыми, в которых GRB производятся успешными струями, а FXT — захваченными или слабыми струями».
Вместе сопутствующие статьи команды представляют наиболее подробный на сегодняшний день набор данных о сверхновой, сопровождающей EP FXT. Их совместный анализ показывает, что «неудачные» струи, связанные с FXT, более распространены при взрывах массивных звёзд, чем «успешные» струи, связанные с GRB.
С момента запуска EP FXT обнаруживались несколько раз в месяц. Между тем обнаружения GRB исторически были редкими, происходя примерно раз в год.
«Это открытие предвещает более глубокое понимание разнообразия смертей массивных звёзд и необходимость более глубоких исследований всего ландшафта звёздной эволюции», — говорит Эйлз-Феррис.
Понимание астрономами звёзд будет значительно расширено благодаря предстоящей обсерватории NSF–DOE Vera C. Rubin. Её десятилетнее исследование наследия космоса и времени (LSST) предоставит астрономам огромные объёмы подробных данных о времени в области звёздных взрывов, раскрывая внутреннюю работу FXT и многих других экзотических звёздных событий.
«Международная обсерватория Джемини сочетает в себе возможности быстрого реагирования с лидирующей в мире чувствительностью к слабым, удалённым источникам», — говорит Мартин Стилл, директор программы NSF для Международной обсерватории Джемини. «Это делает обсерваторию Джемини ведущей машиной для последующих наблюдений за оповещениями о взрывных событиях от детекторов гравитационных волн и частиц, космических исследований и предстоящего исследования наследия космоса и времени обсерваторией NSF-DOE Vera C. Rubin Observatory».