Астрономи виявили прямий зв’язок між загибеллю масивних зір внаслідок вибухів і утворенням найкомпактніших і загадкових об’єктів у Всесвіті — чорних дір та нейтронних зір. За допомогою Дуже великого телескопа (Very Large Telescope, VLT) і Телескопа нових технологій (New Technology Telescope, NTT) Європейської південної обсерваторії (European Southern Observatory, ESO) двом групам науковців вдалося спостерігати наслідки вибуху наднової зорі в сусідній галактиці й знайти докази існування таємничого компактного об’єкта, який вона залишила після себе.
Коли масивні зорі завершують життя, вони руйнуються під дією власної гравітації так швидко, що відбувається сильний вибух, відомий як наднова. Астрономи вважають, що після всіх подій, пов’язаних із вибухом, від зорі залишається тільки надщільне ядро, тобто компактний залишок. Залежно від того, якою масивною була зоря, компактний залишок — це або нейтронна зоря — об’єкт такий щільний, що чайна ложка його матерії важила б близько трильйона кілограмів на Землі, — або чорна діра — об’єкт, з якого нічого, навіть світло, не може втекти.
Астрономи знайшли багато підказок, які вказують на цей ланцюжок подій у минулому, наприклад виявили нейтронну зорю в Крабоподібній туманності, газовій хмарі, що залишилася після вибуху зірки майже тисячу років тому. Але вони ніколи раніше не спостерігали цей процес в реальному часі, а це означає: прямі докази того, що наднова лишає після себе компактний об’єкт, є невловимими. «У нашій роботі ми встановлюємо такий прямий зв’язок», — сказав Пінґ Чен (Ping Chen), науковий співробітник Інституту науки Вейцмана в Ізраїлі та провідний автор дослідження. Його результати оприлюднені в журналі Nature та представлені на 243 з’їзді Американського астрономічного товариства в Новому Орлеані (США).
Щасливий випадок для дослідників стався в травні 2022 року, коли південноафриканський аматор астрономії Берто Монард (Berto Monard) відкрив наднову SN 2022jli в спіральному рукаві сусідньої галактики NGC 157, розташованої на відстані 75 мільйонів світлових років від Землі. Дві окремі групи науковців звернули увагу на наслідки цього вибуху та виявили, що він має унікальні прояви.
Після вибуху яскравість більшості наднових просто згасає з часом; астрономи бачать плавне, поступове зниження кривої блиску спалаху. Але поведінка SN 2022jli здивувала: яскравість зменшується не плавно, а коливається вгору і вниз приблизно кожні 12 днів. «У даних SN 2022jli ми бачимо повторювану послідовність зростання і спадання блиску», — сказав Томас Мур (Thomas Moore), докторант Королівського університету Белфаста (Північна Ірландія), який керував дослідженням наднової, результати якого опубліковані наприкінці минулого року в Astrophysical Journal. «Це вперше, коли повторювані періодичні коливання протягом багатьох циклів виявлено в кривій блиску наднової», — зазначив Мур у статті.
Після наднової залишився компактний об’єкт у подвійній системі.
Уявлення художника щодо процесу, внаслідок якого масивна зоря у подвійній системі стає надновою. Ця серія подій сталася під час спалаху наднової SN 2022jli. Їх виявили дослідники на підставі спостережень, виконаних за допомогою Дуже великого телескопа і Телескопа нових технологій Європейської південної обсерваторії. Після вибуху масивної зорі, як наднової, залишився компактний об’єкт — нейтронна зоря або чорна діра. Зоря-компаньйон пережила вибух, але він привів до того, що її атмосфера стала протяжнішою. Компактний об’єкт і його зоря-компаньйон обертаються один навколо одного, при цьому компактний об’єкт регулярно «забирає» речовину з атмосфери іншого. Це накопичення матерії мало вигляд в спостережних даних дослідників як регулярні коливання яскравості, а також періодичні рухи газоподібного водню. Авторські права на зображення: ESO/L. Calçada. Фото з сайту www.eso.org.
І група Мура, і група Чена, вважають: наявність більш ніж однієї зорі в системі SN 2022jli може пояснити таку поведінку. Насправді масивні зорі часто входять до подвійної системи, тобто мають зорю-компаньйона. І зоря, яка спричинила SN 2022jli, не була винятком. Однак у цій системі примітно те, що зоря-компаньйон, схоже, пережила смерть свого «партнера». І два об’єкти, компактний залишок та супутник, ймовірно, далі обертаються один навколо одного.
Дані, зібрані групою Мура, де були результати спостережень за допомогою NTT ESO в чилійській пустелі Атакама, не дали змоги науковцям точно визначити, як взаємодія між двома об’єктами спричиняла появу максимумів та мінімумів кривої блиску. Але група Чена мала додаткові спостереження. Вони виявили такі ж регулярні коливання яскравості системи у видимій ділянці спектра, які зареєструвала група Мура, а також помітили періодичні рухи газоподібного водню та спалахи гамма-променів у системі. Їхні спостереження стали можливими завдяки кільком інструментам на Землі та в Космосі, зокрема X-shooter (спектрограф — Ред.) на VLT ESO, що також міститься в Чилі.
Компактний об’єкт і його зоря-компаньйон.
Ці уявлення художника засновані на наслідках вибуху наднової SN 2022jli, які побачили дві групи астрономів за допомогою Дуже великого телескопа і Телескопа нових технологій Європейської південної обсерваторії. Цей вибух стався в подвійній системі, тобто зоря, яка спричинила наднову та залишила після себе компактний об’єкт, мала зорю-супутника. Компактний об’єкт і його супутник обертаються один навколо одного, причому компактний об’єкт регулярно забирає речовину в свого компаньйона, коли наближається до нього, як показано на малюнку. Авторські права на зображення: ESO/L. Calçada. Фото з сайту www.eso.org.
Зібравши всі підказки разом, дві наукові групи загалом погоджуються, що коли зірка-компаньйон взаємодіяла з речовиною, викинутою під час вибуху наднової, її насичена воднем атмосфера стала протяжнішою (розширилася), ніж зазвичай. Потім, коли компактний об’єкт, що залишився після вибуху, пронизував атмосферу компаньйона на своїй орбіті, він забирав водень з цієї атмосфери, утворюючи навколо себе гарячий диск матерії. Ця періодична «крадіжка» матерії, або акреція, вивільнила багато енергії, яку науковці під час спостережень зафіксували як регулярні зміни яскравості.
Попри те, що науковці не могли спостерігати світло, що виходить від власне компактного об’єкта, вони дійшли висновку — цю крадіжку можна пояснити тільки наявністю невидимої нейтронної зорі або, можливо, чорної діри, яка притягує речовину з розширеної атмосфери зорі-компаньйона. «Наше дослідження схоже на вирішення головоломки шляхом збору всіх можливих доказів», — зауважив Чен. «Усі ці частини сукупно ведуть до істини».
Оскільки наявність чорної діри чи нейтронної зорі підтверджено, у цій загадковій системі ще багато чого потрібно розгадати, зокрема точну природу компактного об’єкта або яким може бути завершальний етап існування цієї подвійної системи. Телескопи наступного покоління, такі як Надзвичайно великий телескоп (Extremely Large Telescope) ESO, який має стати до ладу пізніше в цьому десятилітті, допоможуть у цьому. Завдяки ним астрономам розкриють безпрецедентні подробиці цієї унікальної системи.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
