Космический "шершень": разгадана тайна самых ярких вспышек во Вселенной

Самый яркий объект своего рода, когда-либо обнаруженный, возможно, помог астрономам решить загадку мощных синих космических взрывов, озарявших Вселенную на протяжении последнего десятилетия.

В центре открытия — сигнал от так называемого Яркого Быстрого Синего Оптического Транзиента (LFBOT), обозначенного как AT 2024wpp, впервые замеченного в 2024 году. Данные показали международной команде учёных, что LFBOT являются результатом экстремальных событий приливного разрушения (TDE), в ходе которых чёрная дыра массой до 100 раз больше солнечной за считанные дни полностью разрывает звезду-компаньона.

На сегодняшний день обнаружено чуть более десятка LFBOT, и их причина оставалась загадкой для астрономов около десяти лет. Среди «подозреваемых» ранее фигурировали странные типы взрывающихся звёзд (сверхновые) и поглощение межзвёздного газа чёрными дырами. Теперь эта головоломка, похоже, решена.

LFBOT получили своё название потому, что они невероятно яркие, видны на расстоянии в миллиарды световых лет, излучают высокоэнергетический свет в синей части спектра, ультрафиолете и рентгеновских лучах, и длятся всего несколько дней. Первый такой объект (AT 2018cow, «Корова») был замечен в 2014, но лишь в 2018 году его удалось детально изучить. Последующие вспышки также получали «зоологические» прозвища: «Коала», «Тасманийский дьявол» и «Зяблик». AT 2024wpp пока официального прозвища не имеет, но «Шершень» (The Wasp) выглядит весьма вероятным вариантом.

Необычное приливное разрушение

Оценка AT 2024wpp показала, что он излучил примерно в 100 раз больше энергии, чем обычная сверхновая, что практически исключает взрыв звезды как причину. Для производства такого колоссального количества энергии звезде пришлось бы мгновенно преобразовать около 10% своей массы в энергию по формуле Эйнштейна E=mc² за несколько недель.

Наблюдения команды с помощью обсерватории Джемини-Юг выявили избыток ближнего инфракрасного излучения от источника AT 2024wpp — феномен, ранее замеченный только у «Коровы» и не характерный для обычных сверхновых.

«Количество излучаемой энергии настолько велико, что его невозможно объяснить взрывом при коллапсе ядра звезды или любым другим обычным звёздным взрывом», — заявила член команды Натали ЛеБарон из Калифорнийского университета в Беркли. — «Главный посыл AT 2024wpp в том, что наша исходная модель неверна. Это определённо не просто взорвавшаяся звезда».

Особый механизм «звёздного каннибализма»

Хотя TDE — явление во Вселенной нередкое (оно происходит, когда звезда подходит слишком близко к ненасытной чёрной дыре и «спагеттифицируется»), не все они порождают LFBOT. В чём же уникальность этих событий?

Команда выдвинула теорию. В случае с AT 2024wpp чёрная дыра долгое время паразитировала на звезде-компаньоне, окружив себя сферической оболочкой из украденного вещества. Эта оболочка, однако, была слишком далеко, чтобы быть поглощённой. Когда же обречённая звезда на завершающем витке спирали наконец приблизилась и была разорвана, её свежее вещество с огромной скоростью врезалось в накопленную вокруг чёрной дыры материю. Это столкновение и породило гигантскую вспышку в рентгеновском, ультрафиолетовом и синем оптическом диапазоне, которую мы увидели как AT 2024wpp.

Радиоволны же возникают, когда часть материала из аккреционного диска направляется к полюсам чёрной дыры, разгоняется до скорости, составляющей около 40% скорости света, и выбрасывается в виде релятивистских струй (джетов). Согласно расчётам, разорванная звезда была массивной (около 10 масс Солнца) и эволюционировавшей — так называемой звездой Вольфа–Райе, что объясняет слабое водородное излучение вокруг вспышки. Такие звёзды обычны для активных звёздообразующих галактик, подобной той, что в 1,1 миллиарде световых лет от нас, где и произошёл катаклизм.

Научное значение и будущие исследования

Это открытие знаменует важный поворот в понимании экстремальных процессов во Вселенной. Оно не только объясняет природу загадочных LFBOT, но и демонстрирует новый, более драматичный сценарий звёздной смерти в тесных двойных системах. Модель «долгого ограбления с последующим финальным столкновением» может быть ключом к пониманию других высокоэнергетических транзиентов.

Исследование команды принято к публикации в The Astrophysical Journal Letters и уже доступно в виде препринта на arXiv. Учёные надеются, что будущие наблюдения за новыми LFBOT с помощью таких инструментов, как обсерватория «Вера Рубин» и космический телескоп «Джеймс Уэбб», позволят подтвердить эту модель и раскрыть новые детали взаимодействия чёрных дыр и звёзд на последнем, самом стремительном этапе их совместного существования.