Группа ученых-астрономов из разных стран смогла задокументировать разрушение крупной звезды на начальном этапе взрыва, уловив первичный выброс энергии, характерный для формирования сверхновой. Полученные данные позволили воссоздать последние моменты существования небесного тела с невиданной ранее детализацией и выявили, что подобные объекты могут прекращать свое развитие более разнообразными путями, чем предполагалось раньше.

В марте две тысячи двадцать шестого года космический телескоп Einstein Probe зафиксировал кратковременный всплеск слабого рентгеновского излучения, исходящего из галактики на расстоянии около пятисот миллионов световых лет от нашей планеты. Этот источник был классифицирован как EP260321a и немедленно привлек внимание ученых всего мира для детального изучения. Вскоре после этого наземные обсерватории приступили к наблюдению за ним, выявив быстро нарастающую по интенсивности сверхновую звезду, которая впоследствии получила название SN 2026gzf.

Независимо друг от друга над исследованием работали две команды ученых под руководством Брендана О’Коннора из Университета Карнеги — Меллона и Джиллиан Растинеджад из Университета Мэриленда. Для анализа они использовали разнообразные инструменты, принадлежащие NSF NOIRLab и другим ведущим мировым обсерваториям.

Обе исследовательские группы пришли к единому заключению: рентгеновский сигнал, зафиксированный аппаратом Einstein Probe, представляет собой так называемый «пробой ударной волны». Это первый свет сверхновой, возникающий в момент столкновения мощной ударной волны, вызванной гравитационным сжатием звезды, с её внешней оболочкой и последующим выбросом наружу.

Несмотря на то, что подобные явления должны сопутствовать большинству взрывов сверхновых звезд, их наблюдение представляет собой сложную задачу из-за короткой продолжительности – от нескольких секунд до пары часов. За последние двадцать лет астрономам удалось подтвержденно зарегистрировать лишь еще один подобный рентгеновский прорыв ударной волны, что делает открытие EP260321a поистине уникальным случаем.

Более поздние исследования выявили, что SN 2026gzf относится к малораспространенному классу сверхновых Ic-BL — взрывам со специфическими широкими спектральными характеристиками. Как правило, такие события связаны с формированием релятивистских потоков вещества, перемещающихся практически на скорости света, а также сопровождаются мощными гамма-всплесками – самыми энергичными катаклизмами во Вселенной.

Тем не менее, новая сверхновая вопреки общепринятым представлениям изменила привычный ход событий. Несмотря на значительную энергию самого взрыва, зафиксированный пробой ударной волны оказался наименее интенсивным из всех ранее зарегистрированных для подобных объектов. Более того, специалисты не выявили характерных признаков гамма-излучения или релятивистских потоков частиц, которые обычно сопровождают подобные астрономические явления.

Ученые предполагают, что причиной могло стать то, что выходящая из звезды струя вещества была сдерживаема внешними слоями или плотным окружением, препятствующим её распространению.

Для анализа сверхновой команда под руководством О’Коннора задействовала камеру Dark Energy Camera (DECam), расположенную на 4-метровом телескопе Виктора Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо, что находится в Чили. Специалисты получили высококачественные снимки объекта по мере увеличения его блеска и достижения пиковой яркости.

Значительную пользу принесли старые изображения DECam, полученные десятилетие до взрыва. На них в том же месте галактики уже был заметен яркий синий объект. Эксперты считают, что он указывает либо на область активного звездообразования, либо на признаки активности звезды-предшественницы перед её разрушением.

Дополнительные сведения предоставила обсерватория Веры Рубин, поскольку сверхновая проявилась внутри одного из ее глубоких обзорных полей COSMOS Deep Drilling Field. Открытые данные ранних наблюдений позволили отследить колебания яркости объекта сразу в нескольких спектральных диапазонах и обнаружить признаки активности системы перед взрывом. Благодаря высокой чувствительности обсерватории Rubin Observatory, астрономы надеются продолжать исследование развития сверхновой на протяжении многих лет.

Ключевую роль сыграл также спектрограф DESI, установленный на телескопе Николаса Майалла с апертурой 4 метра. Используя свободные оптические волокна прибора, специалисты неоднократно регистрировали спектры сверхновой и отслеживали изменения в её характеристиках во времени, что окончательно подтвердило ее классификацию как Ic-BL.

Специалисты под руководством Растинеджад осуществили комплексное изучение явления с применением нескольких инструментов, включая спектрографы GMOS на телескопах Gemini North и South, спектрометр Goodman у установленного на SOAR, а также использовали информацию из обсерватории Веры Рубин, радиотелескопического комплекса Very Large Array и Паломарской астрономической станции.

Полученные данные подтвердили отсутствие выбросов энергии в виде релятивистских струй и позволили воссоздать картину состояния звезды непосредственно перед её гравитационным сжатием. Это дало возможность одновременного изучения трёх основных аспектов события: прорыва рентгеновского излучения, вызванного ударной волной, самой вспышки сверхновой и взаимодействия выброшенных частиц вещества с окружающей средой – газом, который звезда успела отбросить до своего конца.

Проведённый анализ выявил, что в качестве предшественницы взрыва стала звёзда типа Вольфа — Райе, чья первоначальная масса составляла приблизительно двадцать солнечных масс. Звёзды этого класса характеризуются быстрым потреблением водорода и начинают активно избавляться от вещества перед гибелью.

В ходе исследования было определено, что звезда до взрыва испытывала периоды неравномерной потери массы, полностью лишившись внешних слоёв, состоящих из водорода и гелия. В итоге осталось плотное ядро, преимущественно образованное углеродом и кислородом. Ранее выброшенное вещество сформировало вокруг ядра несколько концентрических оболочек; ближайшая компактная структура стала источником рентгеновского сигнала, а более обширная и неравномерно распределённая – причиной оптического излучения сверхновой.

Как утверждают создатели исследования, впервые был достигнут такой детальный анализ условий вокруг звезды, которая ранее утратила свои водородные и гелиевые слои до момента взрыва. В перспективе ученые надеются зафиксировать больше подобных явлений ударной волны для определения, проходят ли все подобные небесные тела через идентичные стадии перед сжатием или же существуют альтернативные пути их развития.

Сверхновая SN 2026gzf выступила как некий переходный этап между типичными взрывами сверхновых и наиболее мощными космическими катаклизмами, характеризующимися слабыми гамма-всплесками. Собранные данные указывают на то, что даже самые интенсивные вспышки типа Ic-BL далеко не всегда сопровождаются гамма-излучением, релятивистскими потоками и продолжительным послесвечением; таким образом, массивные звезды могут завершать свое существование гораздо большим разнообразием способов, чем это предсказывается современными теоретическими представлениями.

Данная работа также подчеркивает расширяющиеся возможности современной астрономии, ориентированной на переменные объекты. Благодаря скоординированным усилиям космической обсерватории Einstein Probe, объектов NSF NOIRLab и целого ряда партнерских телескопов в разных уголках планеты исследователям удалось практически синхронно отследить крайне редкое небесное явление и реконструировать его историю с невиданной ранее точностью.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.