Астрономы обнаружили, что, возможно, массивная звезда взорвалась, пытаясь поглотить звезду-компаньона — чёрную дыру. Это объясняет один из самых странных звёздных взрывов, которые когда-либо наблюдались.
Открытие
Открытие было сделано группой учёных под руководством Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт (CfA) и Массачусетского технологического института (MIT) в рамках эксперимента «Young Supernova Experiment». Результаты [опубликованы](https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adea38) в The Astrophysical Journal.
Взрыв, получивший название SN 2023zkd, был впервые обнаружен в июле 2023 года установкой Zwicky Transient Facility. Новый алгоритм искусственного интеллекта, разработанный для сканирования необычных взрывов в режиме реального времени, первым обнаружил [взрыв](https://phys.org/tags/explosion/), и это раннее предупреждение позволило астрономам немедленно начать дополнительные наблюдения — важный шаг для полного понимания взрыва. К тому времени, когда взрыв закончился, его наблюдали с помощью большого набора телескопов, как наземных, так и космических.
Интерпретация
Учёные считают, что наиболее вероятная интерпретация заключается в том, что массивная звезда была вовлечена в смертельную орбиту с чёрной дырой. По мере потери энергии с орбиты их разделение уменьшалось, пока сверхновая не была вызвана гравитационным напряжением звезды, когда она частично поглотила чёрную дыру.
«Наш анализ показывает, что взрыв был вызван катастрофическим столкновением со спутником-чёрной дырой, и это самое убедительное доказательство на сегодняшний день того, что такие близкие взаимодействия могут фактически взорвать звезду», — сказал Александр Гаглиано, ведущий автор исследования и научный сотрудник Института искусственного интеллекта и фундаментальных взаимодействий Национального научного фонда.
«Наша [система машинного обучения](https://phys.org/tags/machine+learning+system/) обнаружила SN 2023zkd за несколько месяцев до того, как проявилось её необычное поведение, что дало нам достаточно времени для проведения критических наблюдений, необходимых для разгадки этого необычного взрыва», — добавил он.
Альтернативная интерпретация, рассматриваемая группой, заключается в том, что чёрная дыра полностью разорвала звезду на части до того, как она могла взорваться самостоятельно. В этом случае чёрная дыра быстро втянула в себя обломки звезды, и излучение сверхновой было сгенерировано, когда обломки столкнулись с окружающим их газом. В обоих случаях остаётся одна, более тяжёлая чёрная дыра.
Расположение и особенности взрыва
Расположенная примерно в 730 миллионах световых лет от Земли, SN 2023zkd изначально выглядела как типичная сверхновая с одним всплеском света. Но когда учёные отслеживали её затухание в течение нескольких месяцев, она сделала нечто неожиданное: снова стала ярче. Чтобы понять это необычное поведение, учёные проанализировали архивные данные, которые показали нечто ещё более необычное: система медленно становилась ярче в течение более чем четырёх лет до взрыва. Такая долгосрочная активность перед взрывом редко наблюдается у сверхновых.
Детальный анализ показал, что свет взрыва был сформирован материалом, который звезда потеряла за годы до своей смерти. Раннее усиление яркости произошло из-за того, что ударная волна сверхновой столкнулась с газом низкой плотности. Второй, задержанный пик был вызван более медленным, но устойчивым столкновением с толстым дискообразным облаком. Эта структура и неустойчивое поведение звезды до взрыва указывают на то, что умирающая звезда находилась под экстремальным гравитационным напряжением, вероятно, из-за близкого компактного компаньона, такого как чёрная дыра.
«2023zkd демонстрирует одни из наиболее ярких признаков взаимодействия массивной звезды с компаньоном в годы перед взрывом», — сказал В. Эшли Виллар, доцент астрономии в Центре астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт и соавтор исследования. «Мы думаем, что это может быть частью целого класса скрытых взрывов, которые искусственный интеллект поможет нам обнаружить».
«Это открытие показывает, насколько важно изучать взаимодействие массивных звёзд с компаньонами по мере приближения к концу их жизни», — сказал Гаглиано. «Мы знаем, что большинство массивных звёзд являются двойными, но поймать одну в процессе обмена массой незадолго до взрыва — невероятно редкое явление».
Будущее наблюдений
С недавним представлением обсерваторией Веры Рубин своих первых изображений и подготовкой к съёмке всего неба каждые несколько ночей это открытие представляет собой лишь проблеск того, что нас ждёт. Мощные новые обсерватории в сочетании с системами искусственного интеллекта в реальном времени вскоре позволят астрономам обнаружить гораздо больше редких и сложных взрывов и начать составлять карту того, как массивные звёзды живут и умирают в двойных системах.
Эксперимент «Young Supernova Experiment» продолжит дополнять работу обсерватории Рубин, используя телескопы Pan-STARRS1 и Pan-STARRS2 для идентификации сверхновых вскоре после взрыва. Этот подход предлагает экономически эффективный способ изучения динамичной близлежащей Вселенной.
«Мы вступаем в эпоху, когда мы сможем автоматически фиксировать эти редкие события по мере их возникновения, а не постфактум», — сказал Гаглиано. «Это означает, что мы наконец можем начать соединять точки между тем, как звезда живёт, и тем, как она умирает, и это невероятно увлекательно».
Авторы использовали данные большого количества телескопов, включая обсерваторию NASA Neil Gehrels Swift, систему Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, систему оповещения о столкновениях астероидов с Землёй и ряд телескопов обсерваторий Magellan, MMT и Las Cumbres.
Эксперимент «Young Supernova Experiment» — это сотрудничество между Университетом Калифорнии в Санта-Крус, Центром космологии DARK, Университетом Иллинойса и главными исследователями Вивьен Бальдассаре (Университет штата Вашингтон), Марией Драут (Университет Торонто), Кейс Мандел (Кембриджский университет) и В. Эшли Виллар (Гарвард).