Группа исследователей из Гарвардского центра астрофизики (Center for Astrophysics, CfA) раскрыла возможное происхождение мощных голубых вспышек во Вселенной, известных как LFBOT, природа которых остаётся неразгаданной с 2018 года. Согласно их теории, подобное событие возникает в момент столкновения чёрной дыры или нейтронной звезды со звездой Вольфа — Райе. Так астрономы обозначают раскалённое гелиевое ядро, которое формируется после того, как массивная звезда утрачивает свою внешнюю водородную оболочку.
Источник изображения: ChatGPT
Аббревиатура LFBOT расшифровывается как Luminous Fast Blue Optical Transients, что переводится как «яркие быстрые синие оптические транзиенты». Так именуются кратковременные космические явления, которые можно наблюдать в обычном видимом спектре. С момента первого обнаружения LFBOT телескопами в 2018 году астрономы зафиксировали ещё 14 подобных вспышек. От прочих космических взрывов их отличают два ключевых признака. Первый — стремительность: достижение пика и затухание происходят всего за несколько дней, в то время как обычные транзиенты развиваются гораздо медленнее. Второй — оттенок: на протяжении большей части своего существования LFBOT остаются синими, что указывает на исключительно высокую температуру самих вспышек.
Ранее учёные рассматривали несколько возможных предшественников LFBOT. Одни гипотезы связывали эти вспышки с гибелью массивных звёзд в результате сверхновых с коллапсом ядра — взрывов, при которых ядро звезды, израсходовавшей ядерное топливо, сжимается под действием собственной гравитации. Другие теории предполагали, что LFBOT возникают из-за приливного разрушения звёзд (TDE), то есть ситуаций, когда сверхмассивная чёрная дыра разрывает и поглощает звезду, оказавшуюся слишком близко. Команда под руководством Ани Ньюджент (Anya Nugent) проанализировала галактики-хозяева LFBOT — те, где наблюдались данные вспышки, — а также пространство непосредственно вокруг каждой из них. Результаты показали, что LFBOT возникают в условиях, которые заметно отличаются от предсказаний некоторых сценариев со сверхновыми, и не соответствуют типичной обстановке, ожидаемой при приливных разрушениях.
В модели, предложенной исследовательской группой, сценарий слияния начинается в двойной звёздной системе, состоящей из пары массивных звёзд, связанных гравитацией. В процессе эволюции одна из них постепенно срывает с соседки её внешнюю водородную оболочку. Авторы работы называют такую захватчицу «каннибалом», а её жертву — «донором». Лишённая внешних слоёв звезда-донор превращается в практически обнажённое гелиевое ядро — именно такие объекты астрономы именуют звёздами Вольфа — Райе. Звезда-каннибал, в свою очередь, быстро набирает массу за счёт поглощённого вещества и поэтому первой исчерпывает запасы ядерного топлива. Она взрывается как сверхновая с коллапсом ядра, становясь чёрной дырой или нейтронной звездой.
Художественное изображение вспышки LFBOT в пространстве между галактиками. Источник изображения: M. Garlick, M. Zamani / NASA, ESA, NSF's NOIRLab
Когда происходит коллапс, вся звездная система получает резкий боковой импульс (называемый «кик»), который выталкивает двойную систему из плотных областей звездообразования на спокойные окраины галактики. После этого у черной дыры или нейтронной звезды начинается длительный этап «питания». На протяжении сотен, а иногда и тысяч лет она постепенно перетягивает вещество с поверхности звезды Вольфа — Райе, не уничтожая ее полностью. Развязка наступает позднее — когда черная дыра или нейтронная звезда проникает в самое ядро звезды Вольфа — Райе, в ее плотное гелиевое сердце, и разрушает его. Согласно гипотезе авторов, именно это событие и порождает ту самую яркую синюю вспышку (LFBOT), которая длится всего несколько дней.
«Многие массивные звезды существуют в двойных системах, однако подобные слияния происходят только при совпадении определенных условий: звезды не должны слиться слишком рано в процессе своей эволюции, но при этом им необходимо оставаться достаточно близкими друг к другу, чтобы в конечном итоге соединиться», — объяснила Ньюджент. По ее словам, такие слияния встречаются редко, но ровно настолько, насколько астрономы редко фиксируют сами LFBOT, и при этом не настолько, чтобы их нельзя было предвидеть.
Еще одно подтверждение новой модели астрономы находят в том, что окружает LFBOT в момент взрыва. Пространство непосредственно вокруг каждой такой вспышки (астрономы называют его околозвездной средой) отличается высокой плотностью. Судя по всему, оно насыщено веществом, которое звезда сбросила еще до катастрофы. Однако такую картину трудно вписать как в модель приливного разрушения, так и в некоторые сценарии сверхновых.
Тщательно изучить новую модель астрономы смогут лишь после того, как соберут больше данных о таких вспышках — известных LFBOT по-прежнему единицы. Ключевую роль в этой работе авторы отводят обсерватории имени Веры Рубин (Vera C. Rubin Observatory). Она недавно приступила к десятилетней программе регулярной съемки всего неба, видимого с Земли.
По словам Ньюджент, «Рубин» позволит обнаружить более слабые LFBOT — причем на еще больших космологических расстояниях, измеряемых миллиардами световых лет. Это не только увеличит количество наблюдаемых вспышек, но и покажет, как сами LFBOT и их предшественники, то есть звездные системы, существовавшие до взрыва, изменялись на протяжении истории Вселенной.
