Черная дыра вызывает преждевременный взрыв сверхновой — первое наблюдение совершенно нового типа сверхновой

На этой иллюстрации изображена огромная звезда, которая вот-вот взорвется. Взрыв произошел после того, как ее спутник, мертвая звезда (черная дыра или нейтронная звезда) упал в ядро ​​звезды. Ученые говорят, что черная дыра или нейтронная звезда столкнулась с массивной звездой, а затем, путешествуя вглубь суши на протяжении веков, выбросила вихрь вещества из атмосферы звезды (на изображении, окружающем звезду). Когда он достиг ядра звезды, материал из ядра быстро упал на труп звезды, выпустив пару струй почти со скоростью света. На изображении этого художника показаны струи, проходящие через звезду, чтобы вскоре вызвать взрыв сверхновой. Через несколько лет сверхновая разобьет основную часть выброшенной спирали, которая вырастет примерно в 10 000 раз больше звезды. Это создаст светящийся нестационарный радиоисточник, который будет наблюдаться очень большой антенной решеткой. Предоставлено: Чак Картер.

Теоретики предсказали первое наблюдение сверхновой совершенно нового типа, но ранее это не подтверждалось.

В 2017 году светящийся и необычный источник радиоволн был обнаружен в данных, полученных в рамках проекта Very Large Array Sky Survey (VLA), который сканирует ночное небо с помощью радиоволн. Теперь, под руководством аспиранта Калифорнийского технологического института Диллона Донга (MS ’18), группа астрономов определила, что яркое радио-свечение было вызвано Черная дыра или нейтронная звезда Она сталкивается со своей звездой-компаньоном в беспрецедентном процессе.

«Массивные звезды обычно взрываются как сверхновые, когда у них заканчивается ядерное топливо», — говорит Грег Халлинан, профессор астрономии Калифорнийского технологического института. «Но в этом случае газовая черная дыра или нейтронная звезда вызвали преждевременный взрыв своей звезды-компаньона». Это первый случай, когда подтвержден взрыв сверхновой, вызванный слиянием.

Статья о результатах опубликована в журнале. Наука 3 сентября 2021 г.

Яркое сияние в ночном небе

Халлинан и его команда ищут так называемые радиопереходные процессы — недолговечные источники радиоволн, которые ярко светятся и быстро горят, как спичка в затемненной комнате. Радиопередатчики — отличный способ идентифицировать необычные астрономические события, такие как взрывы массивных звезд и высвобождение мощных струй или слияние нейтронных звезд.

Диллон Донг с 40-метровой радиотарелкой в ​​радиообсерватории Оуэнс-Вэлли Калифорнийского технологического института на заднем плане.

Просеивая массивный набор данных VLA, Донг выбрал очень яркий источник радиоволн из обзора VLA под названием VT 1210 + 4956. Этот источник связан с самым ярким транзиентом радиоволн, связанным со сверхновой.

Донг определил, что яркая радиоэнергетика изначально была звездой, окруженной толстой плотной коркой газа. Эта газовая оболочка была выброшена из звезды за несколько сотен лет до наших дней. VT 1210 + 4956, Radio Transient, произошел, когда звезда наконец взорвалась сверхновой, и материал, высвободившийся в результате взрыва, вступил во взаимодействие с газовой оболочкой. Однако сам газовый снаряд и временная шкала, в которой он был запущен со звезды, были необычными, поэтому Донг подозревал, что в истории этого взрыва может быть нечто большее.

Два необычных события

После открытия Дона аспирантка Калифорнийского технологического института Анна Хо (PhD ’20) предложила сравнить этот радиопередачу с другим индексом коротких ярких событий в рентгеновском спектре. Некоторые рентгеновские явления были настолько недолговечными, что существовали в небе всего несколько секунд земного времени. Изучив этот другой каталог, Донг обнаружил источник рентгеновского излучения, который происходил из того же места в небе, что и VT 1210 + 4956. Путем тщательного анализа Донг доказал, что рентгеновские лучи и радиоволны, вероятно, были вызваны одним и тем же событием.

Грег Халлинан

«Переходные рентгеновские лучи были необычным явлением — они указали на высвобождение релятивистской струи во время взрыва», — говорит Донг. Радиолюминесцентное свечение указывало на то, что материал от этого взрыва позже столкнулся с огромным кольцом плотного газа, который был изгнан из звезды много веков назад. Эти два события не связаны друг с другом и очень редки сами по себе ».

решить головоломку

так что случилось? После тщательного моделирования команда определила наиболее вероятное объяснение — событие с участием некоторых космических игроков, которые, как известно, генерируют гравитационные волны.

Они предположили, что компактный остаток от ранее взорвавшейся звезды — черной дыры или нейтронной звезды — скоро будет вращаться вокруг звезды. Со временем черная дыра начала притягивать атмосферу своей звезды-компаньона и стрелять ею в космос, образуя газовый тор. Этот процесс еще больше сблизил два объекта, пока черная дыра не погрузилась в звезду, в результате чего звезда схлопнулась и взорвалась как сверхновая.

Рентгеновские лучи были созданы струей, выпущенной из ядра звезды в момент ее коллапса. Напротив, радиоволны возникли спустя годы, когда взорвавшаяся звезда достигла тора газа, вытесняемого восходящим сжатым телом.

Астрономы знают, что массивная звезда и сопровождающий ее компактный объект могут образовывать так называемую стабильную орбиту, на которой два объекта постепенно становятся все ближе и ближе в течение чрезвычайно длительного периода времени. Этот процесс формирует двойную систему, которая стабильна от миллионов до миллиардов лет, но в конечном итоге столкнется и испустит гравитационные волны, обнаруженные Лего в 2015 и 2017 гг..

Однако в случае VT 1210 + 4956 два объекта столкнулись мгновенно и катастрофически, что привело к взрыву рентгеновских лучей и наблюдаемых радиоволн. Хотя подобные столкновения были теоретически предсказаны, VT 1210 + 4956 предоставляет первое конкретное свидетельство этого.

псориатическое сканирование

VLA Sky Survey производит огромное количество данных о радиосигналах с ночного неба, но просеивать эти данные, чтобы обнаружить интересное и яркое событие, такое как VT 1210 + 4956, похоже на поиск иголки в стоге сена. Донг говорит, что обнаружение именно этой иглы было в некотором смысле совпадением.

«У нас были идеи о том, что мы можем найти в исследовании VLA, но мы были открыты для возможности найти то, чего не ожидали», — объясняет Донг. «Мы создали условия, чтобы обнаружить что-то интересное, выполнив свободно ограниченный и открытый поиск в больших наборах данных, а затем приняв во внимание все контекстные подсказки, которые мы можем собрать о найденных нами объектах. Во время этого процесса вас тянет в разные стороны различные интерпретации, и вы просто позволяете природе говорить вам, что там снаружи ».

Статья называлась «Переходный радиоисточник, соответствующий термоядерной сверхновой». Диллон Донг — первый автор. Помимо Халлинана и Ху, дополнительными соавторами являются Эхуд Накар, Эндрю Хьюз, Кента Хотукидзака, Стив Майерс (доктор философии 90), Кешалаи Ди (магистр наук ’18, доктор философии ’21), Кунал Моли (доктор философии 15), Викрам Рави, Асаф Хореш, Манси Кесливал (MS ’07, Ph.D. ’11) и Шри Кулкарни. Финансирование было предоставлено Национальным научным фондом, Американо-израильским двусторонним научным фондом, Программой I-Core Комитета по планированию и бюджету и Израильским научным фондом, Советом естественных наук и инженерии Канады, Институтом фундаментальных исследований Миллера в Наука в Калифорнийском университете в Беркли и Японское общество содействия развитию науки в программе молодых профессиональных ученых, Национальная радиоастрономическая обсерватория и Фонд Хейзинг-Саймонса.