Астрономы, вероятно, получили одно из самых весомых подтверждений существования крайне редкого типа космических взрывов — пары-нестабильной сверхновой. Этот феномен характеризуется полным саморазрушением массивной звезды, не оставляющей после себя никаких остатков. Результаты работы, посвященной объекту SN 2023vbw, были размещены на сервере arXiv 15 мая и содержат подробный анализ наблюдений и моделирование этого аномального события.
Сверхновая SN 2023vbw была впервые зафиксирована в октябре 2023 года при помощи Zwicky Transient Facility. Взрыв произошёл в окрестностях небольшой карликовой галактики, характеризующейся низким содержанием тяжёлых элементов и расположенной на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет от Земли. Изначально объект отнесли к сверхновым типа II — к взрывам, возникающим в результате коллапса массивной звезды после завершения термоядерных реакций, однако последующие наблюдения выявили значительные отличия в его проявлениях от общепринятой модели.
Ключевой особенностью стало поведение кривой блеска SN 2023vbw. В отличие от обычных сверхновых типа II, которые характеризуются типичным плато яркости, данный объект после периода начального охлаждения начал постепенно и устойчиво увеличивать свою светимость, достигнув пика примерно через 190 дней после взрыва. Затем последовало стремительное снижение яркости в период с 190 по 230 день, после чего кривая перешла в фазу медленного затухания. Полная излучённая энергия события оценивается приблизительно в 3 × 10^50 эрг, что более чем в десять раз превышает энерговыделение обычной сверхновой типа II.
Дальнейшие исследования выявили, что при увеличении яркости температура оболочки практически не изменялась, в то время как внешние слои продолжали расширяться. Данная особенность свидетельствует о наличии мощного внутреннего источника энергии, обеспечивающего излучение в течение продолжительного периода, что не соответствует типичным моделям коллапса ядра. На заключительных этапах в спектре были зарегистрированы редкие эмиссионные линии, а в процессе затухания линии водорода приобрели сложную структуру с красным смещением, что говорит о взаимодействии выброшенного вещества с дискообразной оболочкой, состоящей из ранее потерянного звездой материала.
Согласно результатам моделирования, наиболее вероятной причиной взрыва стала очень крупная голубая сверхгигантская звезда. Кривая блеска SN 2023vbw схожа с кривой блеска сверхновой SN 1987A, которая также произошла от голубого сверхгиганта, однако новый объект значительно превосходит его по яркости и характеризуется более продолжительным развитием, что свидетельствует о гораздо большей массе звезды-предшественника. Полученные данные указывают на то, что масса выброшенного вещества могла колебаться от 170 до 350 солнечных масс, а кинетическая энергия взрыва превышала обычную энергию коллапса железного ядра в 60–130 раз.
Среда с низкой металличностью, составляющая около одной десятой от солнечной, согласуется с теоретическими условиями, необходимыми для возникновения парно-нестабильных сверхновых. В рамках этой модели, в ядрах массивных звёзд при очень высоких температурах формируются пары электрон–позитрон, что уменьшает давление излучения и вызывает неконтролируемый термоядерный взрыв, полностью разрушающий звезду и исключающий образование нейтронной звезды или чёрной дыры. Согласно расчётам, этому сценарию соответствуют звёзды с начальной массой примерно от 140 до 260 солнечных масс.
Учёные высказывают мнение, что голубой сверхгигант мог возникнуть в результате объединения двух массивных звёзд, находящихся в двойной системе. Это могло бы объяснить наличие плотной, дискообразной оболочки, с которой взаимодействовали выброшенные слои вещества. Тем не менее, специалисты признают, что остаются значительные вопросы относительно эволюции звёзд огромных размеров и того, когда подобные слияния могут иметь место.
Расположение SN 2023vbw относительно небольшое в космических масштабах, что обеспечивает возможность его дальнейшего изучения в различных спектральных диапазонах. Это позволит более точно определить историю потери массы у звезды-предшественника и прояснить процессы нуклеосинтеза, происходящие во время взрыва. Ожидается, что в будущем подобные объекты будут регулярно обнаруживаться в количестве десятков и сотен благодаря обзорам, проводимым с использованием Обсерватории имени Веры Рубин и Космического телескопа имени Нэнси Грейс Роман, что позволит углубить понимание эволюции самых массивных звёзд во Вселенной.
Авторы исследования полагают, что изучение объекта SN 2023vbw может предоставить решащие доказательства существования пар-нестабильных сверхновых и позволит точнее определить предел звездных масс, приводящих к такому разрушительному финалу.