Команда астрономов из Center for Astrophysics предложила новое объяснение происхождения загадочных LFBOT – "ярких быстрых синих оптических транзиентов" – опубликовав результаты собственного исследования на сайте препринтов научных работ arxiv.org.
Смотрите также Что происходит, когда гигантская звезда сталкивается с черной дырой
Синие оптические транзиенты (LFBOT) – это кратковременные космические вспышки, которые быстро достигают пика яркости и так же стремительно угасают. До сих пор их происхождение и поведение оставались загадкой для ученых, в частности из-за их редкости.
Почему LFBOT оставались загадкой?
В отличие от большинства известных взрывов в космосе, LFBOT ведут себя нетипично. Они разворачиваются всего за несколько дней, тогда как обычные сверхновые могут эволюционировать неделями или даже месяцами. Кроме того, такие объекты почти все время остаются ярко-синими, что свидетельствует о чрезвычайно высокой температуре.
Первый LFBOT AT2018cow астрономы заметили в 2018 году. С тех пор исследователи зафиксировали только 14 подобных событий. Из-за такой редкости и необычных характеристик их природа долго оставалась предметом споров.
Ранее ученые рассматривали несколько возможных сценариев.
- Один из них связывал LFBOT со сверхновыми, возникающими во время коллапса ядра массивной звезды.
- Другая гипотеза предполагала, что источником вспышек могут быть так называемые "приливные разрушения звезд", когда сверхмассивная черная дыра разрывает слишком близко приблизившуюся звезду,.
Однако команда под руководством Ани Нуджент (Anya Nugent) проанализировала галактики, в которых возникали LFBOT, а также среду вокруг самих вспышек. Результаты показали, что эти события происходят не в тех условиях, которые предусматривают популярные модели сверхновых или приливного разрушения.
Вместо этого исследователи предложили другой сценарий – гораздо более сложный и одновременно убедительный.
Согласно новой модели, все начинается в двойной звездной системе, где две массивные звезды вращаются друг вокруг друга. Постепенно одна из них начинает "объедать" соседку, стягивая с нее внешнюю водородную оболочку. В исследовании такую звезду называют "каннибалом", а ее компаньона – "донором".
После потери внешних слоев звезда-донор превращается почти в обнаженное гелиевое ядро. Именно такие объекты астрономы классифицируют как звезды Вольфа-Райе – чрезвычайно горячие и массивные звезды, что уже потеряли большую часть своей оболочки.
Между тем звезда-"каннибал", поглощая вещество соседки, быстро набирает массу. Из-за этого она раньше исчерпывает запасы ядерного топлива, взрывается как сверхновая и превращается в черную дыру или нейтронную звезду.
LFBOT – это настоящие космические гиганты, питающиеся энергией от разрыва массивной звезды черной дырой массой около 100 Солнц. Открытый в 2024 году LFBOT, обозначенный как AT 2024wpp, предоставил астрономам важные данные для уточнения происхождения таких вспышек.
Иллюстрация ниже показывает, как разрушенная звезда взаимодействовала с уже имеющимся аккреционным диском вокруг черной дыры, создавая огромные объемы энергии, излучаемые на высокоэнергетических длинах волн.
Формирование LFBOT / Фото Рафаэлла Маргутти / Калифорнийский университет в Беркли
Что происходит дальше со звездой?
После такого взрыва система получает мощный "толчок", который выбрасывает ее из активных областей галактики на спокойные окрестности. Именно это, по мнению авторов, объясняет, почему LFBOT часто возникают вдали от регионов активного звездообразования, объясняет Space.com.
Далее начинается длительный этап взаимодействия. Черная дыра или нейтронная звезда сотни или даже тысячи лет постепенно "подъедает" вещество звезды Вольфа – Райе. Кульминация наступает тогда, когда компактный объект буквально проваливается в самое ядро соседней звезды и разрушает его.
Именно этот финальный катастрофический момент, по гипотезе исследователей, и порождает LFBOT – чрезвычайно яркую синюю вспышку, которая длится всего несколько дней.
Многие массивные звезды живут в двойных системах, но такие слияния возможны только при очень специфических условиях: звезды не должны слиться слишком рано, но в то же время должны оставаться достаточно близкими, чтобы в конце концов столкнуться,
– объяснила Аня Ньюджент.
Еще одним аргументом в пользу новой модели стала плотная среда вокруг LFBOT. Астрономы считают, что пространство рядом со взрывом заполнено веществом, которое звезда выбрасывала еще до катастрофы. Именно такая картина плохо согласуется с предыдущими гипотезами о приливном разрушении или классических сверхновых.
Исследователи признают, что окончательно подтвердить новую теорию можно будет только после обнаружения большего количества таких событий.
Ожидается, что обсерватория сможет находить слабые LFBOT даже на расстояниях в миллиарды световых лет. Это поможет астрономам понять, как менялись такие вспышки и их звездные системы-прототипы в течение истории Вселенной.
Насколько мощными являются LFBOT в масштабах Вселенной?
Несмотря на то, что LFBOT длятся всего несколько дней, по своей энергии они относятся к к самым экстремальным явлениям в известной Вселенной. Их яркость настолько велика, что отдельная вспышка может на короткое время светить почти так же ярко, как целая галактика с миллиардами звезд.
Для сравнения: обычная сверхновая часто наращивает яркость неделями, а LFBOT выходит на пик буквально за считанные часы или дни. При этом температура таких объектов может превышать десятки тысяч градусов Цельсия, из-за чего они излучают преимущественно синий свет.
Почему LFBOT важны для понимания Вселенной?
Несмотря на то, что астрономам известно лишь несколько десятков LFBOT, именно такие редкие события могут помочь ответить на фундаментальные вопросы космологии и эволюции Вселенной.
Для ученых LFBOT являются своеобразными "лабораториями", в которых можно наблюдать процессы, длящиеся очень недолго, но сопровождающиеся колоссальными энергиями. Такие события помогают понять, как формируются черные дыры большой массы, как ведет себя вещество в сверхплотной среде и как эволюционируют двойные звездные системы, пишет Phys.org.
Кроме того, LFBOT могут быть связаны с процессами, которые влияют на химическую эволюцию галактик. Во время подобных катастроф в межзвездное пространство выбрасываются тяжелые элементы, что впоследствии становятся "строительным материалом" для новых поколений звезд и планет.
Исследователей также интересует, почему LFBOT часто возникают в непривычных средах – вдали от активных регионов звездообразования. Согласно работе, опубликованной в Astronomy & Astrophysics, это может указывать на пока неизвестные механизмы эволюции двойных систем и даже помочь уточнить современные модели развития галактик.
Изучение таких транзиентов важно еще и потому, что современная космология все больше переходит от "статического" наблюдения неба к анализу изменений в реальном времени. Именно быстротечные события вроде LFBOT позволяют увидеть Вселенную не как набор неподвижных объектов, а как постоянно меняющуюся систему.
Какие телескопы и миссии помогут находить больше LFBOT?
Главную надежду астрономы возлагают на обсерваторию Веры Рубин (Vera C. Rubin Observatory) и ее программу LSST – масштабное десятилетнее наблюдение за небом. Обсерватория оснащена самой большой цифровой камерой в мире на 3200 мегапикселей и способна фотографировать все южное небо каждые несколько дней.
Обсерватория Веры Рубин / Фото Olivier Bonin/SLAC National Accelerator Laboratory
Именно такая скорость и регулярность наблюдений критически важны для LFBOT, ведь эти вспышки живут всего несколько дней. Обычные телескопы часто просто не успевают заметить подобные события до того, как они потухнут.
Ожидается, что Rubin Observatory будет генерировать миллионы автоматических оповещений каждую ночь о новых изменениях на небе – от сверхновых до астероидов и мимолетных космических взрывов, пишет LiveScience. Уже во время ранних тестов система за одну ночь создала около 800 тысяч таких сообщений.
Для астрономов это означает возможность не только находить больше LFBOT, но и наблюдать их буквально с первых часов после появления. Это особенно важно, ведь ранние этапы вспышки могут содержать ключ к пониманию того, что именно его породило.
Кроме обсерватории Веры Рубин, исследователи активно будут использовать многоволновые наблюдения – одновременный анализ событий в рентгеновском, ультрафиолетовом, радио- и оптическом диапазонах. Именно такой подход уже применяли для изучения LFBOT AT 2023fhn.
В перспективе ученые надеются увидеть:
- как именно рождается LFBOT в первые часы после взрыва;
- действительно ли внутри события присутствует черная дыра или нейтронная звезда;
- как ведет себя вещество вокруг вспышки;
- почему некоторые LFBOT оказываются гораздо ярче других;
- как менялась частота таких событий в течение истории Вселенной.
Астрономы также предполагают, что увеличение количества наблюдений может выявить новые типы космических транзиентов, о существовании которых наука пока даже не догадывается.