Астрономи стали свідками рідкісного прямого колапсу зірки у чорну діру
Астрономи, ретельно вивчивши дані, зібрані місією NEOWISE протягом багатьох років, знайшли найчіткіші відомі докази перетворення зірки безпосередньо в чорну діру, без проходження стадії вибуху наднової.
Про це повідомляють видання OstanniPodii та "EurekAlert!"
Астрофізики тепер добре знають процес утворення чорних дір зоряної маси, особливо після відкриття першої з них у 1973 році. Їх лишають після своєї смерті масивні зорі, яскраво вибухаючи як наднова, хоча може утворитися й нейтронна зірка.
Але деякі моделювання показують, що під час колапсу деяких зірок нейтрино не здатні викликати наднову, а натомість створюють прямий колапс до чорної діри. Однак знайти приклад виявилося складною справою.
Хоча основною роллю NEOWISE (Ширококутний інфрачервоний оглядовий дослідник близько земних об′єктів) був пошук астероїдів і комет, він також зробив знімки галактики Андромеди. Команда під керівництвом професора Кішалая Де з Колумбійського університету переглянула ці знімки та помітила щось безпрецедентне. Починаючи з 2014 року, масивна зоря, яка колись була однією з найяскравіших в своїй галактиці, посилила своє світіння в інфрачервоній частині спектра й залишалася такою протягом двох років. Потім вона швидко згасла у видимому світлі, ніби зникла. На думку команди, це і є доказ, який шукали астрономи.
«Це, мабуть, найдивовижніше відкриття в моєму житті», — каже Де. «Докази зникнення зірки лежали у відкритих архівних даних, і ніхто їх не помічав роками, поки ми їх не вибрали».
Зірка, про яку йде мова, отримала назву M31-2014-DS1. Знімки, зроблені до колапсу, вказують, що спочатку її маса була у 13 разів більшою за масу Сонця, що цілком відповідає типовому діапазону для наднових, але вона випромінювала настільки сильні зоряні вітри, що до початку інфрачервоного світіння її маса зменшилася до п'яти сонячних мас.
«Драматичне й тривале згасання цієї зірки є дуже незвичайним і свідчить про те, що наднова не відбулася, що призвело до колапсу ядра зірки безпосередньо в чорну діру», — розповідає Де. «Довгий час вважалося, що зорі з такою масою завжди вибухають як наднові. Той факт, що цього не сталося, свідчить про те, що зорі з такою ж масою можуть вибухнути або не вибухнути, можливо, через те, як гравітація, тиск газу та потужні ударні хвилі хаотично взаємодіють між собою всередині зорі, що вмирає».
Моделювання під керівництвом доктора Андреа Антоні з Інституту Флетайрон вказує на те, що конвекція є ключовим фактором у процесах, які змушують зорю при колапсі викидати пил, приховуючи акреційний диск газу, що падає в чорну діру.
Деякі астрономи вважали, що цей процес буде схожий на вимкнення світла, що ускладнює виявлення таких подій, якщо тільки не зникне особливо помітна зоря. Однак у 1970-х роках моделі передбачали, що прямий колапс супроводжуватиметься інфрачервоним світінням — не таким яскравим, як у наднової, навіть на відповідних довжинах хвиль, але все ж виявляється в сусідніх галактиках. Це пов'язано з тим, що надгігантські зорі у свої останні роки викидають багато пилу — як це зробила знаменита Бетельгейзе. Енергія, що випромінюється газом, який падає в чорну діру, нагріває навколишній пил, змушуючи його випромінювати інфрачервоне світло.
Це надихнуло Де та співавторів на пошук ознак різкого посилення інфрачервоного випромінювання в сусідніх галактиках і Чумацькому Шляху. Після виявлення поведінки M31-2014-DS1 у 2014-2017 роках, більш детальне дослідження показало, що вона повністю відповідає прогнозам.
«На відміну від пошуку наднових, що є легким завданням, оскільки наднова затьмарює всю свою галактику протягом декількох тижнів, пошук окремих зірок, які зникають без вибуху, є надзвичайно складним», — сказав Де. «Шокує те, що масивна зоря фактично зникла (й загинула) без вибуху, і ніхто не помітив цього протягом понад п'яти років».
У галактиці Андромеди було зафіксовано лише одну наднову, про яку повідомили в 1885 році. Поведінка M31-2014-DS1, яку можна виявити лише за допомогою інструментів, що з'явилися не так давно, свідчить про те, що або астрономам пощастило її побачити, або прямий колапс насправді є більш поширеним способом утворення чорних дір.