Блакитні яскраві спалахи, які швидко згасають, астрономи досі вважали незвичайними надновими. Але новий спалах, найяскравіший дотепер, вказує на іншу його природу.
У 2024 р. астрономи виявили найяскравіший світний швидкий синій оптичний транзієнт (Luminous Fast Blue Optical Transient, LFBOT), який вони коли-небудь спостерігали. LFBOT — це надзвичайно яскраві спалахи синього світла, які світяться протягом короткого часу, перш ніж зникнути. Новий аналіз цього рекордного спалаху, для якого використовували дані спостережень Міжнародної обсерваторії «Джеміні» (International Gemini Observatory), котру частково фінансує Національний науковий фонд США, ставить під сумнів усі попередні розуміння цих рідкісних вибухових подій.
Серед найзагадковіших космічних явищ, виявлених за останні кілька десятиліть, є короткі та дуже яскраві спалахи синього та ультрафіолетового світла, які поступово зникають, залишаючи після себе слабке рентгенівське та радіовипромінювання. Цей цікавий клас об’єктів відомий як світні швидкі сині оптичні транзієнти (LFBOT). Наразі їх виявлено трохи більше десятка й астрономи сперечаються — такі явища спричиняє наднова незвичайного типу, чи міжзоряний газ, що падає в чорну діру.
Аналіз найяскравішого нині LFBOT, відкритого минулого року й названого AT 2024wpp, показує, що вони не є ні тим, ні іншим. Натомість, команда дослідників з Каліфорнійського університету в Берклі дійшла висновку, що ці спалахи спричинені екстремальним припливним порушенням, коли чорна діра до 100 разів масивніша, ніж Сонце, протягом кількох днів повністю знищує свою масивну зорю-компаньйона.
Найяскравіший швидкий синій оптичний транзієнт (колаж). Авторські права на зображення: International Gemini Observatory/CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA/NASA/ESA/Hubble/Swift/CXC/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Обробка зображень: J. Miller & M. Rodriguez (International Gemini Observatory/NSF NOIRLab), T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), D. de Martin & M. Zamani (NSF NOIRLab). Фото з сайту https://noirlab.edu.
Це відкриття вирішує десятирічну загадку, а також ілюструє численні різновиди зоряних катастроф, з якими стикаються астрономи, кожна зі своїм характерним спектром світла, який розвивається з часом. Визначення процесів, що спричиняють ці унікальні світлові сигнали, дає змогу перевіряти сучасні знання про фізику чорних дір і допомагає астрономам зрозуміти еволюцію зір у Всесвіті.
Аналіз AT 2024wpp, виконаний групою науковців, представлено в двох статтях, нещодавно прийнятих до публікації в The Astrophysical Journal Letters. Дослідники використали дані спостережень, отриманих за допомогою великої кількості телескопів. Вони реєстрували різні довжини хвиль світла, яке випромінює LFBOT [2]. Важливі дані в ближньому інфрачервоному діапазону були зібрані за допомогою приладу Flamingos-2 на телескопі «Близнюк-Південь» (Gemini South) у Чилі. Він є частиною Міжнародної обсерваторії «Близнюки», яку частково фінансує Національний науковий фонд (National Science Foundation, NSF) США, а керує нею NSF NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory — Національна дослідницька лабораторія оптичної та інфрачервоної астрономії).
«Поточні відкриття світних швидких синіх оптичних транзієнтів показують, що Gemini South та інші наземні астрономічні установки мають всі можливості для характеристики цих таємничих об’єктів», — сказав Мартін Стілл (Martin Still), директор програми NSF Міжнародної обсерваторії «Близнюки». «Ми очікуємо, що обсерваторія NSF–DOE Віри К. Рубін виявить велику кількість цих швидкоплинних явищ, що надасть Gemini та іншим телескопам безпрецедентні можливості для докладних подальших спостережень».
LFBOT отримали свою назву, бо вони яскраві — їх видно на відстанях від сотень мільйонів до мільярдів світлових років — й існують лише кілька діб. Вони випромінюють високоенергетичне світло від синього кінця оптичного спектру до ультрафіолетового та рентгенівського випромінювання. Вперше таке явище помітили у 2014 році, але перше, для якого було достатньо даних для аналізу, зафіксували у 2018 р. Згідно зі стандартною процедурою про астрономічні найменування, воно отримало назву AT 2018cow. Назва спонукала дослідників називати його «Коровою», а наступні LFBOT жартома називали «Коалою» (ZTF18abvkwla), «Тасманійським дияволом» (AT 2022tsd) та «Зябликом» (AT 2023fhn). Можливо, AT 2024wpp буде відомий як «Оса».
Усвідомлення того, що AT 2024wpp не міг виникнути через наднову, прийшло після того, як дослідники розрахували енергію, яка вивільнилась внаслідок цього явища. Виявилося, що вона в 100 разів більша тієї, що утворюється під час звичайної наднової. Кількість вивільненої енергії відповідає майже 10 % маси спокою Сонця, перетвореної в енергію протягом дуже короткого періоду часу — кількох тижнів.
Зокрема, спостереження за допомогою Gemini South виявили надлишок ближнього інфрачервоного світла від джерела. Це другий випадок, коли астрономи спостерігали таке явище (інший випадок — AT 2018cow), що явно немає в звичайних зоряних вибухах. Такі спостереження встановлюють надлишок ближнього інфрачервоного світла як відмінну рису FBOT, хоча жодна модель не може пояснити це явище.
«Кількість випромінюваної енергії від цих спалахів така велика, що ви не можете живити їх зоряним вибухом із колапсом ядра — або будь-яким іншим типом звичайного зоряного вибуху», — зауважила Наталі ЛеБарон (Natalie LeBaron), аспірантка Каліфорнійського університету в Берклі та перший автор статті, де наведено дані спостережень обсерваторії Gemini [1]. «Головний висновок щодо AT 2024wpp полягає в тому, що модель, з якої ми почали, неправильна. Це точно не просто зоря, яка вибухає».
Дослідники висунули гіпотезу про те, що інтенсивне високоенергетичне світло, яке виникло під час цього екстремального явища, є наслідком тривалої історії в подвійній зоряній системі з чорною дірою. Науковці вважають: чорна діра довгий час висмоктувала речовину зі свого компаньйона й повністю огорнула себе гало з цієї речовини. Але гало містилось занадто далеко від чорної діри, щоб вона могла поглинути речовину.
Ця інфографіка ілюструє AT 2024wpp, найяскравіший швидкий синій оптичний транзієнт (Fast Blue Optical Transient, FBOT), який коли-небудь спостерігали астрономи, та ймовірний механізм його надзвичайної вихідної потужності. Ця інфографіка адаптована з оригінальної концепції художника. Дивіться оригінальну ілюстрацію в цьому прес-релізі. Авторські права на зображення: NOIRLab/NSF/AURA/R. Margutti/P. Marenfeld. Фото з сайту https://noirlab.edu.
Потім, коли зоря-компаньйон нарешті підійшла занадто близько і була розірвана, нова речовина була захоплена обертовим акреційним диском. Вона зіткнулася з речовиною в диску, що й спричинило появу рентгенівського та ультрафіолетового випромінювання і синього світла. Значна частина газу від компаньйона також проникала до полюсів чорної діри, звідки була викинута у вигляді струменя речовини. Наукова група обчислила, що струмені рухалися зі швидкістю приблизно 40% від швидкості світла та генерували радіохвилі, коли стикалися з навколишнім газом.
Як і більшість LFBOT, AT 2024wpp трапився в галактиці з активним зореутворенням, а в таких галактиках згідно з передбаченнями мають існувати зорі великої маси. Явище AT 2024wpp відбулося на відстані 1,1 мільярда світлових років від нас і воно було в 5—10 разів яскравішим, ніж AT 2018cow.
Очікувана маса зорі-компаньйона, яка була розірвана, становила у понад 10 разів більше від маси Сонця. Можливо, це була зоря Вольфа—Райє, дуже гаряча зоря, котра вже пройшла значний еволюційний шлях, тобто вже «спалила» значну частину свого водню. Це пояснює слабке випромінювання водню від AT 2024wpp.
Примітки
[1] Наталі ЛеБарон та ін. представляють аналіз оптичних, ультрафіолетових та ближніх інфрачервоних даних. Супровідна стаття Наяни А.Дж. (Nayana A.J.) та ін. представляє аналіз рентгенівських та радіоданих.
[2] Окрім Gemini South, це дослідження засноване на спостереженнях, виконаних за допомогою рентгенівської обсерваторії NASA Chandra («Чандра»), Swift-XRT, Масиву ядерного спектроскопічного телескопа (Nuclear Spectroscopic Telescope Array, NuSTAR), Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA), Компактної антени Австралійського телескопа (Australia Telescope Compact Array, ATCA), Ультрафіолетового/оптичного телескопа (Ultra-Violet/Optical Telescope, UVOT) на облавку обсерваторії Ніла Герельса Свіфта NASA, обсерваторії В.М. Кека та обсерваторії Ліка.
За інф. з сайту https://noirlab.edu
