Открыта сверхновая, не оставляющая ни черной дыры, ни нейтронной звезды

Международная группа астрономов, работающих с данными обзора Zwicky Transient Facility, объявила о возможном обнаружении одного из самых ярких и редких типов космических катаклизмов — сверхновой, рожденной механизмом парной нестабильности. Ученые обнаружили, что сверхновая под названием SN 2023vbw, вспыхнувшая на окраине далекой карликовой галактики в 1,3 миллиарда световых лет от нас, по своим характеристикам в десятки раз превосходит обычные звездные взрывы и не оставляет после себя никаких компактных остатков. Статья с описанием этого феномена была опубликована на сервере препринтов arXiv.

В октябре 2023 года автоматизированные системы зафиксировали новую вспышку на периферии небольшой галактики с низким содержанием тяжелых элементов. На первых порах событие SN 2023vbw записали в стандартную категорию сверхновых типа II — смерть массивной звезды, ядро которой сжимается в нейтронную звезду или черную дыру, а внешние оболочки разлетаются в пространство. Однако чем дольше ученые следили за этим взрывом, тем яснее становилось: стандартные модели тут не работают.

Главной загадкой стала кривая блеска. Вместо характерной «полки» ровного плато, на котором яркость обычных сверхновых типа II держится неделями, SN 2023vbw демонстрировала неуклонный и длительный рост. Свет от взрыва нарастал почти 190 дней, что само по себе аномалия, ведь у обычных сверхновых пик наступает гораздо раньше.

Когда же объект наконец достиг максимума, его сияние резко пошло на спад, а затем снова стабилизировалось на медленно угасающем «хвосте». Полная излученная энергия оказалась чудовищной: более трех дециллионов эрг. Это превышает энергетику рядового звездного коллапса в десять и более раз.

Но цифры это лишь полбеды. Анализ показал, что температура в центре взрыва почти не менялась, пока внешняя оболочка стремительно расширялась. Такой баланс возможен только при наличии постоянного и мощного внутреннего источника тепла, который подогревает газ изнутри. В обычных сверхновых такого источника нет: после коллапса ядро быстро остывает.

Кроме того, на поздних стадиях ученые зарегистрировали спектральные линии, запрещенные в нормальных условиях, а также сложную структуру водородных сигналов. Одна из компонент оказалась смещена в красную область спектра, что выдает присутствие плотного диска из вещества, сброшенного звездой незадолго до гибели. Выбросы от сверхновой буквально врезались в этот диск, порождая дополнительные всплески излучения.

Все ниточки вели к одному сценарию — так называемой сверхновой с парной нестабильностью. Чтобы такой взрыв произошел, звезда-прародитель должна иметь начальную массу от 140 до 260 масс Солнца и при этом крайне мало тяжелых элементов (металлов), которые влияют на потерю массы. В ядре такой гигантской звезды возникают экстремальные температуры, при которых гамма-фотоны начинают спонтанно превращаться в электроны и позитроны.

Эта паразитная реакция высасывает энергию из излучения, из-за чего падает давление, удерживающее внешние слои. Звезда теряет равновесие и схлопывается, но это схлопывание мгновенно разогревает внутренности до огромных температур, запуская неконтролируемую термоядерную реакцию. В отличие от сверхновой с коллапсом ядра, где остается нейтронная звезда, здесь звезду разрывает на атомы полностью. Ни черной дыры, ни нейтронной звезды, ничего, только расширяющееся облако плазмы.

Компьютерное моделирование подтвердило, что SN 2023vbw идеально вписывается в эту теорию. Масса выброшенного вещества, по оценкам, лежит в диапазоне от 170 до 350 солнечных масс, а кинетическая энергия взрыва в 60–130 раз превышает предельные значения для обычных сверхновых.

Примечательно, что предшественник оказался не красным, а голубым сверхгигантом, очень большой и горячей звездой. Такие объекты редко встречаются в роли прародителей сверхновых, но здесь есть интригующее объяснение: голубой гигант мог сам родиться в результате слияния двух массивных звезд в двойной системе. Эта же катастрофа в прошлом могла создать ту самую дискообразную оболочку из вещества, с которой позже взаимодействовали выбросы взрыва.

В результате исследователи пришли к выводу, что SN 2023vbw является не просто очень мощной сверхновой типа II, а одним из самых убедительных кандидатов в сверхновые, порожденные парной нестабильностью. Это открытие важно не только само по себе, но и как экспериментальное подтверждение теорий о судьбе самых массивных звезд во Вселенной.

Поскольку взрыв произошел относительно близко (по космическим меркам), он остается достаточно ярким для дальнейших наблюдений, которые позволят детально восстановить историю жизни погибшей звезды и процессы образования тяжелых элементов. Следующие поколения телескопов, таких как обсерватория Веры Рубин и космический телескоп имени Нэнси Грейс Роман, должны находить десятки подобных событий ежегодно, окончательно раскрывая тайну гибели огромных звезд.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях