Астрономы зарегистрировали аномальный гамма-всплеск, который, вероятно, является результатом того, что черная дыра поглотила звезду. Данное явление, в частности, продолжалось целых семь часов и характеризуется другими необычными особенностями, которые исключают другие объяснения, например, слияние нейтронных звезд. Полученные данные могут предоставить беспрецедентное понимание сложной эволюции двойных звездных систем в подобных экстремальных условиях.
Гамма-всплески, впервые зафиксированные в 1990-х годах американскими спутниками, предназначенными для отслеживания потенциальных нелегальных ядерных взрывов, представляют собой одни из самых мощных и ярких явлений, известных во Вселенной. Только в конце того десятилетия астрономы пришли к выводу, что причиной этих всплесков может быть либо гравитационный коллапс массивных звезд, известных как коллапсары, либо слияние нейтронных звезд.
По мере исчерпания запасов топлива, массивные звезды испытывают гравитационный коллапс своего ядра, в результате чего формируется черная дыра. Одновременно вещество из внешних слоёв звезды образует аккреционный диск. Магнитные поля, закрученные в вихревые структуры, направляют это вещество, порождая мощные потоки плазмы, которые выбрасываются из полюсов черной дыры. Эти потоки, движущиеся со скоростью, сопоставимой со скоростью света, являются источником коротких всплесков высокоэнергетических гамма-лучей.
Гамма-всплески, возникающие при слиянии нейтронных звезд, являются результатом потери энергии в виде гравитационных волн двумя звездами, входящими в двойную систему, перед их столкновением. Встреча этих звезд выбрасывает плотное и раскаленное вещество, что приводит к взрыву, известному как «килоновый», который, в свою очередь, генерирует интенсивные потоки гамма-лучей. Помимо этого, наблюдаются другие необычные и предположительные явления, такие как магнитары — также рассматривались как потенциальные источники.
Большинство зарегистрированных до настоящего времени гамма-всплесков продолжаются всего несколько секунд или минут и, как правило, являются результатом слияния нейтронных звезд. Менее распространенные всплески, характеризующиеся большей продолжительностью, связаны с коллапсарами. Гамма-всплеск GRB 250702B, зафиксированный 2 июля текущего года, не соотносится ни с одним из известных ранее явлений.
«С точки зрения наблюдателя, он существенно отличается от других явлений, относящихся к этой категории, которые нам удалось зафиксировать », — поясняет астрофизик Дэниел Перли, работающий в Ливерпульском университете Джона Мурса. Материалы исследования появились на платформе препринтов , согласно новой гипотезе, разработанной международной группой ученых, природа необычных свойств GRB 250702B может быть связана с черной дырой, проникающей в центральную область звезды.
Первый раз GRB 250702B был зарегистрирован монитором гамма-всплесков Fermi-GBM, принадлежащим NASA. Он зафиксировал сигналы от одного источника на протяжении 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 длительность всплеска составила около 25 000 секунд, что является беспрецедентным показателем.
Наряду с исключительно долгим временем существования, команда исследователей зафиксировала аномально высокий энергетический пик и минимальное время изменения параметров, составляющее приблизительно одну секунду, или даже 0,5 секунды в системе отсчета источника. Этот короткий интервал изменения позволяет определить массу объекта, спровоцировавшего данное явление. Ученые полагают, что совокупность этих параметров не согласуется ни с одной из ранее предложенных моделей, призванных объяснить природу гамма-всплесков.
Модель коллапсара, к примеру, не подходит, поскольку рассматриваемое явление характеризуется исключительно большой продолжительностью. Хотя подобные объекты способны порождать продолжительные гамма-всплески, их верхний предел определяется скоростью вращения звезды. Рентгеновские двойные системы и другие галактические источники также не рассматриваются, так как энергия фотонов GRB 250702B, составляющая приблизительно 10 МэВ, значительно больше, чем те значения, которые они способны генерировать.
Подобные явления, как магнитары или слияние нейтронных звезд, не способны объяснить всплеск такой продолжительности. Гипотеза о наличии сверхмассивной черной дыры в центре галактики также признана несостоятельной: имеющиеся данные свидетельствуют о том, что в случае, если GRB 250702B действительно произошел в отдаленной галактике, его источник не расположен в её центре.
Команда считает, что наиболее вероятный сценарий развития событий – это «модель слияния гелия». Она предполагает, что черная дыра небольшого размера погружается в коллапсирующую звезду, приводя к её разрушению изнутри. Изначально два объекта формируют двойную систему, в которой звезда, исчерпывая запасы топлива, увеличивается в размерах, сжигая остатки гелия и водорода.
Расширение нарушает траекторию движения её гравитационного компаньона – чёрной дыры, что приводит к падению звезды на неё. Попав внутрь звезды, чёрная дыра начинает «поглощать» её ядро и аккумулирует гелий из него в аккреционном диске. Этот диск генерировал бы магнитные поля, обладающие достаточной мощностью для возникновения гамма-всплеска, а его вязкость – для создания сильных ветров. Данное экстремальное взаимодействие спровоцировало бы взрыв звезды как сверхновой и высвобождение значительного количества энергии в течение длительного времени. Исследователи надеются зафиксировать другие подобные события для подтверждения выдвинутой гипотезы, используя, в частности, телескоп Веры Рубин и его обзор LSST.