В галактике Андромеды зарегистрировали необычный сценарий завершения жизни звезды: объект M31-2014-DS1 сначала проявил себя яркой вспышкой в инфракрасном спектре, а затем полностью исчез в оптическом диапазоне — без характерного взрыва. По оценкам астрономов, звезда обрушилась в черную дыру, предоставив одно из наиболее достоверных подтверждений «нереализовавшейся» сверхновой.
Как правило, завершение жизни массивных звезд, масса которых превышает 8-10 солнечных масс, характеризуется мощными взрывами сверхновых. Когда в центральной части такой звезды исчерпывается запас термоядерного топлива, происходит ее гравитационный коллапс, в результате чего формируется нейтронная звезда или черная дыра. Одновременно с этим, ударная волна выбрасывает внешние оболочки звезды в космическое пространство. Астрономы постоянно фиксируют эти взрывы, даже на огромных межгалактических удалениях.
Существующие теоретические модели уже на протяжении нескольких десятилетий прогнозируют иную картину эволюции звезд: при недостаточной силе ударной волны внешние слои не рассеиваются, а гравитационно сжимаются на коллапсирующее ядро. В таком сценарии, вместо яркой вспышки сверхновой, звезда попросту «растворится», оставив после себя черную дыру.
Именно подобное явление было отмечено группой ученых под руководством Кишалая Де из Колумбийского университета (США) в галактике Андромеды. Для изучения исследователи обработали свежие и ранее полученные данные инфракрасного обзора неба NEOWISE, используя метод вычитания изображений. Этот подход позволил им обнаружить источники переменной светимости, включая звезду M31-2014-DS1. В период с 2014 по 2016 год ее средняя инфракрасная яркость увеличилась на 50%, а затем начала быстро падать.
Помимо этого, астрономы проанализировали оптические данные, полученные с наземных обзоров и космической обсерватории Gaia. Анализ показал, что в период с 2016 по 2019 год объект значительно померк, уменьшив свою яркость более чем в 100 раз, и к 2023 году стал абсолютно невидимым в оптическом диапазоне. В 2022 году телескоп «Хаббл» не смог обнаружить звезду в оптическом диапазоне, но зарегистрировал очень слабый источник в ближнем инфракрасном диапазоне. Дополнительные наблюдения, выполненные с использованием телескопов Keck и IRTF (Infrared Telescope Facility), подтвердили наличие слабого остатка.
Ключевым доводом в пользу того, что сверхновая не произошла, является отсутствие признаков типичного взрыва: ни одно наблюдение не выявило яркой вспышки, свойственной выбросу оболочки при коллапсе ядра. Тем не менее, общая светимость M31-2014-DS1, то есть излучение во всех диапазонах длин волн, уменьшилась более чем в 10 тысяч раз в течение примерно тысячи дней. Подобное «поведение» невозможно объяснить пылевым затмением: если бы пыль перекрыла звезду, энергия перераспределилась бы в инфракрасный диапазон, а общая светимость не изменилась бы.
После имитации сценария, при котором ударный импульс имеет энергию, на четыре порядка меньшую, чем у обычной сверхновой, ученые установили, что небольшое количество вещества выбрасывается вовне, а основная его часть возвращается внутрь, приводя к образованию черной дыры с массой примерно в пять раз превышающую массу Солнца. Таким образом, в первые годы после коллапса вещество могло интенсивно аккрецировать на формирующуюся черную дыру, обеспечивая ее слабое свечение.
Результаты исследования, представленного в журнале Science, во многом напоминают историю еще одного кандидата в «несостоявшиеся» сверхновые — объект NGC 6946-BH1. Полученные сведения дают возможность объединить оба явления в общую модель: гибель массивных звезд, испытывающих недостаток водородной оболочки, способна приводить к образованию черных дыр, сопутствующему этому процессу, «тихому». Предполагается, что таких объектов может существовать в значительном количестве, что имеет важное значение для изучения химической эволюции галактик.
Если оценки, сделанные учеными, соответствуют действительности, то некоторые космические объекты, которых часто называют «монстрами», формируются довольно тихо — звезды угасают, не сопровождаясь эффектным и мощным взрывом.