Встреча черной дыры со звездой вызвала мощнейший всплеск гамма-излучения

Новости МирТесен

Астрономы зарегистрировали аномальный гамма-всплеск, который, вероятно, является результатом того, что черная дыра поглотила звезду. Данное явление, среди прочего, продолжалось целых семь часов и характеризуется другими необычными особенностями, которые исключают другие возможные сценарии, например, слияние нейтронных звезд. Полученные данные способны предоставить ценную информацию об эволюции двойных систем в подобных экстремальных условиях.

Гамма-всплески, впервые зарегистрированные в 1990-х годах американскими спутниками, предназначенными для мониторинга потенциальных нелегальных ядерных испытаний, представляют собой одни из наиболее мощных и ярких явлений, наблюдаемых во Вселенной. Только к завершению этого десятилетия астрономы пришли к выводу, что причиной этих всплесков может быть либо гравитационный коллапс массивных звёзд, известных как коллапсары, либо слияние нейтронных звёзд.

По мере исчерпания запасов топлива массивная звезда испытывает коллапс своего ядра, что приводит к образованию черной дыры. Одновременно вещество из внешних слоёв формирует аккреционный диск. Магнитные поля, закрученные в вихревой форме, направляют это вещество, порождая мощные потоки плазмы, которые выбрасываются из полюсов черной дыры. Эти потоки, движущиеся со скоростью, близкой к световой, создают кратковременные всплески высокоэнергетических гамма-лучей.

Гамма-всплески, возникающие при слиянии нейтронных звезд, являются следствием потери энергии в виде гравитационных волн двумя звездами, находящимися в двойной системе, непосредственно перед их столкновением. В результате этого взаимодействия выбрасывается плотное и раскаленное вещество, что приводит к взрыву, известному как «килонова», который генерирует мощные потоки гамма-лучей. Помимо этого, существуют и другие необычные и предположительные явления, такие как магнитары — также рассматривались как потенциальные источники.

Большинство гамма-всплесков, зафиксированных на данный момент, длятся всего несколько секунд или минут и являются результатом слияния нейтронных звёзд. Менее распространённые всплески с большей продолжительностью связаны с коллапсарами. Гамма-всплеск GRB 250702B, зарегистрированный 2 июля текущего года, не похож ни на один из ранее известных вариантов.

«С точки зрения наблюдений, он существенно отличается от других явлений, относящихся к этой категории, которые нам удалось зафиксировать », — поясняет астрофизик Дэниел Перли, работающий в Ливерпульском университете Джона Мурса. Материал, подготовленный исследователями, был размещен на платформе, предназначенной для предварительной публикации научных работ , согласно новой гипотезе, предложенной международной группой ученых, аномальные характеристики гамма-всплеска GRB 250702B могут быть связаны с процессом поглощения звезды черной дырой.

Первый раз GRB 250702B был зарегистрирован монитором гамма-всплесков Fermi-GBM, принадлежащим NASA. Этот прибор зафиксировал сигналы от одного источника в течение примерно трех часов. Сопоставив полученные данные с информацией, предоставленной рентгеновским телескопом широкого поля Einstein Probe (EP) и российским гамма-спектрометром КОНУС-ВИНД, ученые установили, что общая продолжительность всплеска составила приблизительно 25 000 секунд, что является беспрецедентным показателем.

Помимо длительности, превышающей все предыдущие наблюдения, команда зафиксировала аномально мощный энергетический всплеск и крайне короткое время изменения параметров – около секунды, или даже 0,5 секунды в системе отсчета источника. Такая малая изменчивость позволяет приблизительно оценить массу объекта, спровоцировавшего это явление. Ученые полагают, что совокупность этих признаков не укладывается ни в одну из существующих моделей, призванных объяснить природу гамма-всплесков.

Модель коллапсара, к примеру, не подходит из-за очень продолжительного характера этого явления. Хотя подобные объекты способны порождать длительные гамма-всплески, их максимальная продолжительность ограничена вращением звезды. Рентгеновские двойные системы и другие галактические источники также не рассматриваются, так как энергия фотонов GRB 250702B, составляющая приблизительно 10 МэВ, существенно больше, чем они способны генерировать.

Подобные явления, как магнитары или слияние нейтронных звёзд, не способны объяснить всплеск такой продолжительности. Предположение о сверхмассивной черной дыре в центре галактики также признано несостоятельным: имеющиеся данные свидетельствуют о том, что если GRB 250702B действительно произошел в отдаленной галактике, его источник расположен не в ее центре.

Команда считает, что наиболее вероятным исходом является сценарий, получивший название «модель слияния гелия». Согласно ей, черная дыра небольшого размера поглощается коллапсирующей звездой, приводя к её разрушению изнутри. Изначально два объекта формируют двойную систему, в которой звезда, исчерпывая ресурсы, увеличивается в размерах, сжигая остатки гелия и водорода.

Расширение нарушает траекторию движения её гравитационно связанного объекта – чёрной дыры, что приводит к падению звезды. Попав внутрь звезды, чёрная дыра начинает «поглощать» её ядро и извлекает гелий, который накапливается в аккреционном диске. Этот диск генерировал бы магнитные поля, обладающие достаточной мощностью для возникновения гамма-всплеска, а его вязкость создавала бы сильные потоки вещества. Такое взаимодействие привело бы к взрыву звезды как сверхновой и высвобождению значительного количества энергии в течение длительного времени. Ученые планируют изучить другие подобные процессы, чтобы подтвердить свою теорию, используя, в частности, телескоп Веры Рубин и его обзор LSST.