Зображення зірки Вольфа Райє – потенційно до колапсу в чорну діру. Авторство: ESO/L. Calçada
Астрономи все частіше відсувають завісу чорних дір. За останні кілька років ми нарешті зробили справжні фотографії цих страшних створінь і виміряли гравітаційні хвилі – брижі в просторі-часі – які вони створюють при зіткненні. Але ми ще багато чого не знаємо про чорні діри. Однією з найбільших загадок є те, як саме вони формуються.
Зараз ми з моїми колегами вважаємо, що ми спостерігали за цим процесом, надавши одні з найкращих покажчиків того, що саме відбувається, коли Чорна діра форми. Наші результати опубліковані у двох статтях в природа і Astrophysical Journal.
Астрономи вважають, як на основі спостережень, так і з теоретичних підстав, що більшість чорних дір утворюється, коли центр масивної зірки колапсує в кінці свого життя. Ядро зірки зазвичай забезпечує тиск або підтримку, використовуючи тепло від інтенсивних ядерних реакцій. Але як тільки паливо такої зірки вичерпується і ядерні реакції припиняються, внутрішні шари зірки руйнуються всередину під дією гравітації, розчавлюючись до надзвичайної щільності.
Перше зображення чорної діри. Кредит: EHT
У більшості випадків цей катастрофічний колапс припиняється, коли ядро зірки конденсується в тверду сферу матерії, багату частинками, які називаються нейтронами. Це призводить до потужного вибуху відскоку, який руйнує зірку (наднову), і залишає позаду екзотичний об’єкт, відомий як a нейтронна зірка. Але демонструють моделі вмираючих зірок що якщо початкова зірка досить масивна (в 40-50 разів більша за масу Сонця), колапс просто триватиме безперервно, поки зірка не буде розчавлена в гравітаційну сингулярність – чорну діру.
Вибухові теорії
У той час як зірки, які руйнуються, утворюючи нейтронні зірки, зараз регулярно спостерігаються по всьому Всесвіту (дослідження наднових щоночі знаходять десятки нових), астрономи ще не повністю впевнені, що станеться під час колапсу з чорною дірою. Деякі песимістичні моделі пропонують всю зірку було б поглинено без особливого сліду. Інші припускають, що колапс до чорної діри виникне якийсь інший вид вибуху.
Наприклад, якщо зірка обертається під час колапсу, частина падаючого матеріалу може бути сфокусована в струмені, які вилітають з зірки з високою швидкістю. Хоча ці реактивні літаки не містили б великої маси, вони мали б великий удар: якщо б вони врізалися в щось, наслідки могли бути досить драматичними з точки зору енергії, що виділяється.
Досі найкращим кандидатом на вибух від народження чорної діри було дивне явище, відоме як довготривалість. сплески гамма-променів. Вперше виявлені в 1960-х роках військовими супутниками, припускають, що ці події є результатом реактивних літаків, які розганяються до приголомшливої швидкості завдяки новоутвореним чорним дірам у колапсуючих зірках. Однак давня проблема цього сценарію полягає в тому, що гамма-сплески також виділяють велику кількість радіоактивного сміття, яке продовжує світити місяцями. Це говорить про те, що більша частина зірки вибухнула в космос (як у звичайній надновій), замість того, щоб впасти всередину до чорної діри.
Хоча це не означає, що чорна діра не могла утворитися в результаті такого вибуху, деякі прийшли до висновку, що інші моделі дають більш природне пояснення спалаху гамма-променів, ніж утворення чорної діри. Наприклад, а надмагнітна нейтронна зірка може утворитися в результаті такого вибуху і виробляти власні потужні струмені.
Загадка розгадана?
Однак ми з колегами нещодавно відкрили новий і (на наш погляд) набагато кращий кандидат на створення чорної діри. У двох окремих випадках за останні три роки – один раз у 2019 році та один раз у 2021 році – ми були свідками надзвичайно швидкого та швидкоплинного типу вибуху, який, так само як у гамма-сплесках, виник від невеликої кількості дуже швидко рухається матеріалу. в газ у його безпосередньому оточенні.
Використовуючи спектроскопію – методику, яка розбиває світло на різні довжини хвиль – ми можемо зробити висновок про склад зірки, яка вибухнула для кожної з цих подій. Ми виявили, що спектр дуже схожий на так звані «зірки Вольфа-Райє» – дуже масивний і високорозвинений тип зір, названий на честь двох астрономів, Чарльза Вольфа та Жоржа Райє, які вперше їх виявили. Цікаво, що ми навіть змогли виключити «звичайний» вибух наднової. Як тільки зіткнення швидкого матеріалу з його середовищем припинилося, джерело практично зникло, а не світилося надовго.
Це саме те, чого можна було б очікувати, якби під час колапсу свого ядра зірка викинула лише невелику кількість матеріалу, а решта об’єкта колапсувала вниз у величезну чорну діру.
У новому дослідженні спостерігалися дві події, які можуть належати до третього типу вибуху, які тривали лише короткий час. Авторство зображення: Білл Сакстон, NRAO/AUI/NSF
Хоча це наша улюблена інтерпретація, це не єдина можливість. Найбільш прозаїчним є те, що це був звичайний вибух наднової, але в результаті зіткнення утворилася величезна оболонка з пилу, яка приховувала радіоактивне сміття від очей. Також можливо, що вибух нового і незнайомого типу, що походить від зірки, з якою ми не знайомі.
Щоб відповісти на ці запитання, нам знадобиться пошук на більше таких об'єктів. Досі такі вибухи було важко досліджувати, оскільки вони швидкоплинні та їх важко знайти. Щоб охарактеризувати ці вибухи, нам довелося використовувати кілька обсерваторій разом: перехідну установку Цвікі, щоб виявити їх, Ліверпульський телескоп і Північний оптичний телескоп, щоб підтвердити їх природу, а також великі обсерваторії з високою роздільною здатністю (космічний телескоп Хаббла, обсерваторія Джеміні). і Дуже Великий Телескоп), щоб проаналізувати їх склад.
Хоча спочатку ми не знали, що саме бачимо, коли вперше виявили ці події, тепер у нас є чітка гіпотеза: народження чорної діри.
Більше даних з подібних подій незабаром можуть допомогти нам перевірити чи сфальсифікувати цю гіпотезу та встановити зв’язок з іншими типами незвичайних, швидких вибухів, які наша команда та інші знайшли. У будь-якому випадку, здається, це дійсно те десятиліття, коли ми розкриваємо таємниці чорних дір.
Автор Деніел Перлі, читач астрофізики Ліверпульського університету Джона Мура.
Ця стаття була вперше опублікована в Росії Бесіда.
