За последние семь лет с неба пропали свыше 800 звёзд. Некоторые из них исчезали за считанные часы — в краткие перерывы между наблюдениями. Учёные давно начали подозревать, что при определённых обстоятельствах звёзды могут коллапсировать сразу в чёрные дыры без превращения в сверхновую и выброса энергии. Но надёжных доказательств этому не было. Новая работа по изучению двойной системы с чёрной дырой и голубым гигантом обещает пролить свет на исчезающие звёзды.

Художественное представление системы VFTS 243. Источник изображения: ESO/L. Calçada

Астрофизики из Копенгагенского университета провели детальное наблюдение за системой VFTS 243 в Большом Магеллановом Облаке, удалённой на 160 тыс. световых лет от Земли. В системе находится одна чёрная дыра массой около 10 солнечных и голубой гигант с массой 25 солнечных масс. Чёрная дыра, как показывают наблюдения и расчёты, образовалась в результате коллапса другой массивной звезды в конце её жизни. Вот только в системе нет следов взрыва сверхновой, которая, как считается, ставит точку в жизни звезды.

«Обычно вспышки сверхновых в звёздных системах можно определить массой способов после того, как они произошли, — поясняют авторы исследования. — Но, несмотря на то, что VFTS 243 содержит звезду, которая коллапсировала в чёрную дыру, следов взрыва нигде не обнаружено. VFTS 243 — необычная система. Орбита системы практически не изменилась с момента коллапса звезды в чёрную дыру».

В опубликованной в журнале Physical Review Letters работе исследователи пишут, что чёрная дыра в системе VFTS 243, вероятно, образовалась мгновенно, причём выброс энергии в основном пришёлся на нейтрино. Это означает, что стадией сверхновой можно было пренебречь.

«Если бы кто-то стоял и смотрел на обычную переживающую полный коллапс звезду, это было бы похоже на то, что в один момент звезда внезапно гаснет и исчезает с небес, — говоря авторы работы. — Коллапс настолько полный, что взрыва не происходит, ничто не улетучивается, и никто не увидит яркой сверхновой в ночном небе».

Проделанная работа не ставит точку в деле о неудавшихся сверхновых. Но она заставляет по-новому взглянуть на аналогичные случаи, благо таких может быть достаточно много для уточнения наших знаний о финальных этапах эволюции звёзд.

В один миг 9 октября 2022 года космические и наземные гамма-телескопы ослепли все как один. Это стало моментом регистрации сильнейшего в истории наблюдений гамма-всплеска, который получил индекс GRB 221009A и официальное прозвище BOAT (английская аббревиатура от «ярчайший за всё время»). Событие оказалось настолько ярким, что на месяцы затмило послесвечение, по которому можно было определить его источник. Но теперь эта тайна раскрыта.

Источник изображения: IHEP

Группа американских астрономов из Северо-Западного университета (Чикаго) в сегодняшнем номере журнала Nature Astronomy опубликовала статью, в которой сообщила о происхождении всплеска BOAT и о процессах, его сопровождавших, что также стало открытием. Учёные смогли приступить к поискам источника только полгода спустя после регистрации всплеска. До этого высокоэнергичные фотоны гамма-излучения буквально слепили все направленные на потенциальный объект излучения датчики.

Следует сказать, что учёные не сильно удивились, когда обнаружили на месте «преступления» останки сверхновой. Взрывы сверхновых — это один из вероятных источников гамма-всплесков. Интересно здесь то, что взорвалась, в общем-то, рядовая сверхновая, а не нечто рекордное по своему масштабу, как можно было бы ожидать. Другое дело, что гамма-излучение, возникшее в результате взрыва, оказалось очень сильно сфокусированным. Именно эта концентрация, да ещё направленная в сторону Земли, привела к столь яркому эффекту. Такое может происходить не чаще одного раза в 10 тыс. лет, считают учёные.

Учёные считают, что предельная фокусировка гамма-лучей произошла по причине высокой скорости вращения звезды перед взрывом. В теории такие процессы могут вести к образованию наиболее тяжёлых металлов во Вселенной. Считается, что в звёздах в обычных условиях не могут быть синтезированы вещества тяжелее железа. Но в ряде экстремальных процессов, например, подогреваемые интенсивным гамма-всплеском, могут появиться и более тяжёлые элементы, включая золото и платину.

Обратив свой взор к месту рождения события BOAT, учёные начали поиск золота и платины. Помог им в этом спектрометр космического телескопа «Джеймс Уэбб». Ни золота, ни платины в результате обнаружить на месте взрыва сверхновой не удалось. Это позволяет отодвинуть в сторону теорию о GBR-канале, как катализаторе синтеза тяжёлых элементов. В то же время это лишь повод обнаружить больше похожих событий и набрать достаточно данных либо для полного опровержения такой возможности, либо для создания списка исключений. В любом случае, изучение события BOAT дало целый спектр данных, чтобы учёным было чем занять свои головы в поиске ответов на загадки Вселенной.

Нейтронные звёзды обнаружить ничуть не легче, чем чёрные дыры. Они тоже темны, но к тому же очень компактны. Все обнаруженные ранее нейтронные звёзды определены по косвенным признакам и нашим моделям. Телескоп «Уэбб» вплотную подобрался к обнаружению нейтронной звёзды, являющейся останками взрыва сверхновой.

Источник изображения: NASA

Сразу после ввода телескопа в строй летом 2022 года учёные начали следить за останками сверхновой 1987A. Это близкий к нам объект всего в 160 тыс. световых лет. Сверхновая вспыхнула в феврале 1987 года и к маю стала видна на Земле даже невооруженным глазом. Это первая такая яркая сверхновая с 1604 года (со времён сверхновой Кеплера).

За два часа до обнаружения сверхновой в оптическом диапазоне три земных нейтринных обсерватории зафиксировали короткий всплеск нейтрино от объекта в том же месте пространства. Расчёты показали, что сверхновая, скорее всего, закончит своё существование нейтронной звездой, а не чёрной дырой. Однако твёрдых доказательств этому не было, и учёные все последующие 40 лет следили за сверхновой 1987A в надежде получить больше данных для уточнения моделей терминальной стадии эволюции звёзд.

Обсерватория им. Джеймса Уэбба получила лучшие доказательства в пользу образования после взрыва сверхновой 1987A нейтронной звезды, а не чёрной дыры. На снимке выше слева можно увидеть изображение останков сверхновой 1987A, сделанные камерой NIRCam телескопа. Справа вверху данные прибора MIRI показывают однократно ионизированный аргон вокруг предполагаемой нейтронной звезды (атомы аргона потеряли по одному электрону под воздействием ионизирующего излучения нейтронной звезды).

Справа внизу показан снимок многократно ионизированного аргона, полученный прибором NIRSpec «Уэбба» (атомы аргона потеряли до пяти электронов каждый). Ионизация аргона означает, что компактный объект в центре излучает высокоэнергичные фотоны, которые выбивают электроны из окружающего объект газового облака. На основании наших знаний об эволюции звёзд с большой вероятностью можно предположить, что в центре останков сверхновой 1987A находится нейтронная звезда, а не чёрная дыра, что на сегодня стало лучшим доказательством существования нейтронных звёзд. На этом работа по объекту не прекратится. Открытие придало исследованиям ещё больше смысла.

Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) продемонстрировал изображение небольшой галактики UGC 5189A, которая расположена в 150 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Льва. В 2010 году в этой галактике наблюдался взрыв сверхновой.

Источник изображения: esahubble.org

SN 2010jl — это сверхновая II типа, что означает смерть массивной звезды, которая при жизни имела массу как минимум в 40–50 солнечных. Когда у такой массивной звезды заканчивается топливо для термоядерного синтеза, и энергия, которая миллионы и миллиарды лет поддерживала её в борьбе с гравитационным коллапсом, иссякает, происходит взрыв. Изучение сверхновых представляет для учёных огромную ценность, но не менее плодотворным может оказаться исследование обломков, которые оставляют после себя эти космические взрывы. К примеру, можно установить условия, необходимые для возникновения сверхновой, и отследить смену звездой своего окружения.

Поэтому «Хаббл» много раз наблюдал UGC 5189A. Всего за три года расположенная в этой галактике сверхновая произвела как минимум в 2,5 раза больше видимой энергии, чем высвободило Солнце во всех длинах волн. Ширина UGC 5189A составляет 36 000 световых лет — для сравнения, диаметр Млечного Пути равен 100 000 световым годам. На снимке маленькая галактика выглядит как несколько деформированный диск с восходящей кривизной. Голубая область в правой стороне галактики — это шлейф яркого газа и пыли. Левая сторона UGC 5189A не столь яркая — здесь тоже имеются газ и пыль, но в менее однородных слоях, а длинный газовый шлейф уходит в левый верхний угол снимка.

«Хаббл» изучал UGC 5189A не только для того, чтобы рассмотреть обломки сверхновой. Телескоп помог в исследовании нескольких других, более удалённых галактик, в которых в недавнем прошлом также наблюдались взрывы звёзд.

Группа астрономов из Чикагского университета обнаружила в нашей галактике следы сверхновой, взорвавшейся с нарушением известных законов физики. Это была древняя звезда, родившаяся на заре времён. По всем правилам она должна была закончить жизнь чёрной дырой, но вместо этого её разметало взрывом сверхновой по Вселенной.

Взрыв звезды Barbenheimer в представлении художника. Источник изображения: University of Chicago/SDSS-V/Melissa Weiss

Учёные назвали неизвестную звезду «Барбенгеймер» (Barbenheimer), увековечив тем самым популярный мем. Как невозможно сочетать рассказанные в фильмах «Барби» и «Оппенгеймер» истории, так и звезда Barbenheimer состоит из сплошных невозможных состояний.

Следует подчеркнуть, что Barbenheimer взорвалась достаточно давно. О её существовании и последствиях жизни на завершающем этапе учёные узнали по косвенным наблюдениям и благодаря моделированию. Так опытные сыщики узнают об особенностях преступления по оставленным на месте происшествия уликам. Останки Barbenheimer были обнаружены в спектре звезды J0931 + 0038. Это красный гигант сравнительно небольшой массы, который обнаружился в гало нашей галактики (не в плоскости Млечного Пути, а гораздо выше).

Химический состав J0931 + 0038 оказался настолько странным, что учёным пришлось моделировать условия её образования. Наиболее вероятной оказалась ситуация, когда звезда J0931 + 0038 образовалась из облака межзвёздного газа с неожиданным составом химических элементов. Расчёты показали, что прародительницей J0931 + 0038 должна была быть гигантская древняя звезда с массой от 50 до 80 солнечных масс. Парадокс в том, что звёзды подобной массы коллапсируют в чёрные дыры, а не разлетаются облаком синтезированных в их недрах веществ по окрестностям.

Если бы «Барбенгеймер» существовала, практически всё синтезированное в ней вещество должно было сжаться до возникновения чёрной дыры. Однако она стала настоящей сверхновой, сбросив оболочку, ставшей со временем колыбелью для рождения звезды J0931 + 0038. Отдельные факты наблюдаемого явления учёные ещё могут как-то объяснить, но всё вместе представляет загадку, которую ещё предстоит отгадать.

Американское космическое агентство NASA совместно с Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) показали детальный рентгеновский снимок взрыва звезды в глубинах космоса. Этот прорыв в исследованиях был совершён с помощью космической обсерватории XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), нацеленной на изучение самых горячих областей Вселенной. Это первый научный снимок XRISM и с ним учёные впервые провели подробный анализ остатков сверхновой, известной как N132D.

Источник изображений: JAXA / NASA / XRISM

Расположенный в 160 000 световых лет от нашей планеты, этот объект находится в пределах Большого Магелланова Облака, карликовой галактики, соседствующей с нашей галактикой Млечный Путь. С помощью приборов XRISM учёные провели детальное исследование N132D и установили, что звезда исчерпала свои запасы энергии примерно 3000 лет назад, что вызвало мощный взрыв сверхновой, следы которого заметны до сих пор.

Особый интерес представляет анализ данных XRISM, который позволил исследователям определить состав элементов в остатках сверхновой. Эти элементы были сформированы в недрах звезды и выброшены в момент её взрыва. Брайан Уильямс (Brian Williams), научный сотрудник проекта XRISM в NASA, подчеркнул значимость этого открытия: «Прибор Resolve даёт нам возможность увидеть форму спектральных линий с невиданной ранее точностью, что позволит определить не только содержание различных элементов, но и их температуру, плотность и направление их движения. Отсюда мы сможем собрать воедино информацию о первоначальной звезде и её взрыве».

Cамый подробный рентгеновский спектр N132D из когда-либо созданных. В спектре видны пики, связанные с кремнием, серой, аргоном, кальцием и железом. Вставка справа — изображение N132D, полученное прибором Xtend космической обсерватории XRISM

Рентгеновский телескоп XRISM был запущен в сентябре прошлого года и до недавнего времени проходил настройку, а теперь прислал первое научное фото. Низкоорбитальная обсерватория поможет изучать Вселенную в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне. Аппарат поможет в исследовании крупнейших структур во Вселенной, в определении механизмов распределения материи и формирования галактик со сверхмассивными чёрными дырами в центрах. Это позволит лучше понять механизмы формирования и эволюции Вселенной.

Resolve — это высокоточный спектрометр мягких рентгеновских лучей (с наибольшей длиной волны), который работает при температуре всего на несколько сотых градуса выше абсолютного нуля и способен улавливать спектры рентгеновских лучей с энергией от 300 до 12 000 эВ. Он измеряет крошечные изменения температуры, возникающие при попадании рентгеновского луча на его детектор размером 6×6 пикселей. Получаемые им спектры являются самыми детализированными из когда-либо полученных для объектов во Вселенной.

Заметим, что устройство Resolve работает с ограничениями, поскольку учёным не удалось открыть защитное окошко перед одним из датчиков, из-за чего пострадала чувствительность. Данный слой призван защитить датчик от воздействия атмосферы на Земле и после запуска, поскольку предотвращает прилипание газообразных веществ внутри спутника к оптическим фильтрам. Секция окна имеет бериллиевую пленку толщиной 250 микрон, поэтому прибор сможет работать с рентгеновскими лучами даже при закрытой секции. Бериллиевое окно экранирует рентгеновское излучение с энергией ниже 2000 эВ, тогда как без защитного окошка можно было бы наблюдать рентгеновское излучение с энергией от 300 эВ.

Xtend — это камера для получения изображения в мягком рентгеновском диапазоне, предназначенная для расширения поля зрения обсерватории до 38 угловых минут с каждой стороны в диапазоне энергии 400–13000 эВ. Это большое поле зрения позволяет наблюдать области примерно на 60 % больше среднего видимого размера полной Луны, что делает её мощным инструментом для получения детализированных рентгеновских изображений небесных объектов, таких как скопления галактик и остатки сверхновых.

Прибор Xtend космической обсерватории XRISM зафиксировал скопление галактик Abell 2319 в рентгеновских лучах, показанное здесь фиолетовым цветом и очерченное белой рамкой, обозначающей область действия детектора

Результаты, полученные с помощью XRISM, играют значительную роль в понимании космических процессов. Открытие такого масштаба — важный шаг в расширении границ нашего знания о Вселенной и изучении процессов формирования элементов, составляющих основу мироздания.

Астрономы начали новый 2024 год с изучения останков взрывов как минимум двух сверхновых в относительной близости от нас. Для изучения всех нюансов процесса в одном снимке объединили данные с четырёх телескопов в рентгеновском, инфракрасном и видимом диапазонах. Кроме научной ценности комбинированное изображении эстетически привлекательно и не оставит равнодушным ни одного ценителя красот Вселенной.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: NASA

На снимке запечатлены останки взрывов как минимум двух сверхновых, которые взорвались примерно 5000 лет назад. Изучаемая область пространства находится всего в 160 тыс. световых лет от нас в Большом Магеллановом Облаке — небольшой галактике-спутнике Млечного Пути. Изучаемый объект — остатки сверхновой 30 Doradus B — входят в туманность Тарантул в созвездии Золотой Рыбы. Создание комбинированного изображения от нескольких телескопов позволило доказать, что останки 30 Doradus B не могли образоваться в наблюдаемом виде лишь в результате взрыва одной единственной сверхновой.

На вероятность одного или даже нескольких предшествующих взрывов указывают данные рентгеновского телескопа «Чандра». На снимке они выделены фиолетовым цветом. Далеко распространившаяся тонкая оболочка — её следы — слишком большая, если бы речь шла о единственном взрыве 5000 лет назад. Моделирование показывает, что этому предшествовал ещё один взрыв несколько ранее, как и не исключена другая активность в наблюдаемом регионе.

Также на снимке находятся данные наблюдений в оптическом диапазоне, представленные 4-метровым телескопом им. Виктора Бланко в Чили (оранжевый и голубой), инфракрасные данные космического телескопа «Спитцер» (красный цвет), а также оптические данные космического телескопа «Хаббл», которые были добавлены в чёрно-белом варианте, чтобы воссоздать чёткое изображение.

Комбинированная картинка позволяет охватить глазом все нюансы и последствия двух взрывов сверхновых от расширяющейся оболочки до выбросов пульсаров, оставшихся после взрывов массивных звёзд. Джеты и активное излучении пульсаров дополнительно раздувают межзвёздный газ, создавая подобие туманности — добавляя в картину нюансы, по которым можно воссоздать историю взорвавшихся звёзд.

В мае 2023 года японский астроном-любитель Коити Итагаки (Kōichi Itagaki) обнаружил сверхновую, которая родилась всего за пару часов до этого. Столь раннее обнаружение объекта позволило астрономам проследить за первыми часами и сутками эволюции взорвавшейся звезды, и это оказалось бесценным — сверхновая повела себя совсем не так, как это предписывала стандартная теория эволюции звёзд.

Источник изображения: Melissa Weiss/CfA

Сверхновая SN 2023ixf находится сравнительно недалеко от нас — на удалении 20 млн световых лет в галактике Вертушка (Pinwheel) в созвездии Большая Медведица. Это делает её удобным объектом для наблюдения, и сообщение о её появлении сразу же запустило процесс наблюдения во всех доступных диапазонах от оптического до микроволнового. Учёным редко выпадает такая удача — следить за процессами в сверхновой почти с самого их начала. Сверхновая SN 2023ixf такую возможность предоставила.

По всем признакам SN 2023ixf относится к сверхновым II типа или к сверхновым с коллапсирующим ядром. Такие сверхновые служат основным источником вещества во Вселенной, а также могут образовывать нейтронные звёзды и чёрные дыры. Масса звёзд до взрыва должна быть не меньше 8 и не более 50 солнечных масс. Перед взрывом ядро звезды под своим весом сжимается и происходит взрыв. Когда через несколько часов после этого ударная волна от взрыва достигает внешнего края оболочки звезды, возникает мощнейшая вспышка в видимом и других диапазонах, но в случае SN 2023ixf вспышка возникла с существенной задержкой.

Как показало дополнительное исследование, ударная волна от взорвавшегося ядра сверхновой встретила неожиданное сопротивление в виде массы вещества на своём пути. Анализ излучения звезды в целом спектре диапазонов позволил реконструировать последовательность событий. Оказалось, что красный гигант ещё за год до своего превращения в сверхновую сбросил с себя вещество в объёме одной солнечной массы. Именно это вещество затормозило прохождение фронта ударной волны от коллапсирующего ядра.

Изображение сверхновой через месяц после взрыва. Источник изображения: S. Gomez/STScI

Подобной потери массы звездой перед её превращением в сверхновую астрономы ещё не наблюдали, поэтому поведение SN 2023ixf стало для них сюрпризом. Также стало очевидно, что в наших знаниях об эволюции звёзд, образующих сверхновые II типа, имеются пробелы. Дальнейшее наблюдение за SN 2023ixf и поиск похожих событий дадут земной науке пищу для лучшего понимания таких явлений.

Новый снимок космической обсерватории им. Джеймса Уэбба в очередной раз показал невероятные возможности этого инструмента. С помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона получено изображение легендарной сверхновой Supernova 1987A, наблюдения за которой ведутся без малого 40 лет. Новый снимок выявил невидимые ранее детали в структуре останков звезды, что делает наблюдения за ней ещё интереснее.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: NASA

Останки сверхновой Supernova 1987A были обнаружены в феврале 1987 года. Они находятся на удалении 168 тыс. световых лет и поэтому удобны для наблюдения за эволюцией объектов такого рода. Со времени открытия за этой сверхновой постоянно наблюдают все самые совершенные телескопы по мере их появления во всех диапазонах от радио и гамма до инфракрасных и оптических. Последние данные о Supernova 1987A в инфракрасном диапазоне представил космический телескоп «Спитцер» (Spitzer Space Telescope). Но только «Уэбб» позволил увидеть тонкие структуры в останках этой сверхновой.

Предыдущее изображения этой же сверхновой, которое совмещает данные от телескопов «Чандры» и «Хаббла».

На снимке «Уэбба» во внутренней области останков сверхновой, окружённых кольцом из ярких сгустков (образованных ударными явлениями в сброшенном звездой веществе), проявились два тёмных «полумесяца». Ранее эти структуры не фиксировались нашими приборами, и они стали для учёных следующими объектами для изучения. В центральной области останков сверхновой чрезвычайно много пыли, что затрудняет их изучение даже с помощью инфракрасных приборов. На следующем этапе «Уэбб» посмотрит на эту область с помощью камеры среднего инфракрасного диапазона, что обещает ещё сильнее улучшить детализацию останков Supernova 1987A.

Где-то в центре этих клубов пыли находится нейтронная звезда, оставшаяся после взрыва сверхновой. Будет большой удачей, если «Уэбб» поможет её найти. Но даже без этого новый инфракрасный телескоп предоставляет учёным множество новых деталей об эволюции останков сверхновых и это позволяет заполнить пробелы в наших знаниях об эволюции звёзд и вещества во Вселенной. Ведь все мы когда-то были частью звёзд. Все атомы нашего тела были выброшены во Вселенную во взрывах сверхновых. Нельзя исключать, что в некоторых из нас есть атомы Supernova 1987A.

NASA опубликовало фото отдалённой галактики, сделанное космическим телескопом «Хаббл» — она пережила относительно недавний взрыв сверхновой. Галактика UGC 11860 находится в 184 млн световых лет от Земли в созвездии Пегаса.

Источник изображения: NASA

Речь идёт о спиральной галактике, похожей на наш собственный Млечный путь — на снимке отчётливо заметны рукава, исходящие из яркого ядра галактики и свивающиеся в спиралеобразную структуру.

Судя по фото, опубликованному NASA, UGC 11860 находится в довольно стабильном состоянии, и как сообщает Space.com, «спокойно плывёт» в космосе. Тем не менее, по данным космического агентства, в недавнем прошлом она пережила «невообразимо мощный звёздный взрыв».

Когда жизнь массивной звезды подходит к концу, она погибает в «эффектном» взрыве, превращаясь в сверхновую. На этом этапе звезда становится чрезвычайно яркой, выбрасывая в окружающий космос огромное количество материи и формирует расширяющиеся оболочки из газа и пыли, по остаткам которых не в последнюю очередь и можно отследить недавний взрыв.

Как заявляют в NASA, высокоэнергетические процессы при взрыве отвечают за формирование разнообразных химических элементов, от кремния до никеля. Это, в частности, позволяет многое понять о происхождении многих химических элементов на Земле.

Наблюдения UGC 11860 проводились ещё в 2014 году с использованием камеры «Хаббла» Wide Field Camera 3, но снимок опубликован NASA только теперь. Данные с «Хаббла» позволили астрономам подробно изучить последствия звёздного взрыва и сохранившиеся в галактике остатки сверхновой после него.

Международная группа учёных рассказала об обнаружении нового класса звёзд, представляющих собой недостающее звено в эволюции двойных систем, в конце жизни которых происходит столкновение нейтронных звёзд.

Источник изображений: uni-heidelberg.de

Считается, что при сопровождающем такое столкновение взрыве — килоновой — возникают условия для формирования элементов тяжелее железа: серебра, золота и платины, которые не могут возникать в звёздных ядрах. Поэтому слияния нейтронных звёзд жизненно важны для распространения тяжёлых элементов во Вселенной. Недостающим звеном эволюции килоновых являются входящие в двойные системы звёзды, внешние слои водорода которых поглощаются звездой-компаньоном. «Пострадавшая» при этом процессе звезда остаётся с обнажёнными плотными горячими слоями гелия, образовавшегося в результате синтеза водорода.

Астрономам уже известно о существовании малых и, напротив, массивных обнажённых звёздах (звёздах Вольфа — Райе), но они либо слишком малы, либо слишком велики, чтобы оказаться в системах, производящих килоновые. Ранее не удавалось обнаружить гелиевые звёзды с массой от двух до восьми солнечных. Из-за этого даже выдвигалась гипотеза о «разрыве масс гелиевых звёзд» и возникали вопросы, могут ли модели жизненного цикла массивных звёзд быть ошибочными. Теперь же международной группе учёных под руководством доцента Университета Торонто Марии Друт (Maria Drout) удалось обнаружить 25 возможных примеров объектов, представляющих это недостающее звено эволюции.

Обнажённые гелиевые звезды промежуточной массы начинают жизненный цикл как гиганты с массой от 8 до 25 солнечных. Они находятся в двойных системах с компаньонами, которые постепенно захватывают их внешние слои. Когда у такой звезды заканчивается топливо для ядерного синтеза, она производит взрыв — сверхновую, при котором выбрасывается относительно небольшое количество вещества, но остаётся ядро в виде нейтронной звезды. В этот момент они меняются местами в паре, и уже новая нейтронная звезда начинает поглощать своего компаньона, который тоже в какой-то момент производит сверхновую.

Эволюция двойных систем с обнажёнными звёздами

Образуется двойная система нейтронных звёзд, состоящая из пары тесно связанных «мертвецов», излучающих при вращении вокруг друг друга гравитационные волны. Эти гравитационные волны уносят с собой момент импульса двойной системы, нейтронные звёзды закручиваются по спирали всё быстрее, пока они не столкнутся и не произведут килоновую. Но для обнаруженных учёными объектов этот сценарий располагается ещё в отдалённом будущем.

Астрономы предполагают, что есть причина, по которой обнаружить обнажённые звёзды промежуточной массы так трудно. Свет, излучаемый ими в видимом диапазоне, перебивается светом сжигающих водород компаньонов. Чтобы обойти это ограничение, исследователи начали искать их в ультрафиолетовом диапазоне, и поиски начали с расположенных неподалёку от Млечного Пути карликовых галактик — Большого и Малого Магеллановых Облаков. В результате удалось обнаружить 25 объектов, которые произведут сверхновые и пары нейтронных звёзд с последующим слиянием.

Одна из таких звёзд сильно отличается от того, что ожидали увидеть учёные: она пока ещё не полностью растеряла внешний водородный слой, и если подобный механизм характерен для других объектов промежуточной массы, то они могут казаться намного больше и холоднее, чем есть на самом деле. Это значит, что звёзды нового класса, возможно, всё время прятались у всех на виду.

Как считают учёные, взрыв близкой сверхновой рядом с Солнцем на заре формирования нашей звезды мог поставить точку в истории формирования нашей звёздной системы — если бы не облако молекулярного газа, выступившего в роли своеобразного щита.

Иллюстрация. Источник изображения: NASA

Учёные пришли к такому мнению после изучения изотопов элементов, обнаруженных в метеоритах. Обычно такие объекты являются фрагментами астероидов, сформировавшихся из материалов, находившихся рядом, когда формировалась звезда и другие планеты. Таким образом, метеориты являются своеобразными остатками, позволяющими исследователям реконструировать эволюцию Солнечной системы.

Изучение радиоактивных изотопов алюминия в образцах метеоритов позволило установить, что около 4,6 млрд лет назад в системе появился дополнительный радиоактивный алюминий — лучшим объяснением этому, по мнению учёных, является «впрыск» материала от взорвавшейся рядом сверхновой.

По данным исследователей Национальной астрономической обсерватории Японии, находившаяся во «младенчестве» Солнечная система, вероятно, действительно пережила такой взрыв, а окружавший её «кокон» защитил от полного уничтожения. Взрывы сверхновых обычно случаются, когда у массивных умирающих звёзд заканчивается топливо для ядерного синтеза и их ядра больше не могут противостоять гравитационному коллапсу. Это и приводит к взрыву, благодаря которому в космос выбрасываются элементы, накапливавшиеся во время жизни звезды. Материалы становятся кирпичиками следующего поколения звёзд — но достаточно мощный взрыв может негативно повлиять на находящуюся рядом звезду и зарождающуюся планетную систему.

Поскольку звёзды обычно рождаются в гигантских облаках молекулярного газа, по мнению учёных, у взорвавшейся сверхновой ушло около 300 тыс. лет, чтобы «взломать» плотную защиту, окружавшую Солнечную систему. Метеориты, богатые радиоактивными изотопами, в своё время откололись от астероидов, родившихся в первые 100 тыс. лет существования Солнечной системы, когда она всё ещё находилась в плотном газовом «коконе», который защищал её от жёсткой радиации — радиация могла негативно сказаться на формировании планет вроде Земли. Новые результаты свидетельствуют о том, что плотные «нити», сформировавшиеся из окружавшего систему газа, могли задержать и доставить в регион, близкий к Солнцу, и радиоактивные изотопы. Ожидается, что открытие станет критически важным для понимания процесса формирования и эволюции звёзд и их планетарных систем.

Например, подобные «нити» могут играть важную роль в защите молодой Солнечной системы от жёсткой радиации соседних звёзд, которая могла бы «испарить» протозвёздный диск, что повлияло бы на его конечный размер, в результате это обязательно сказалось бы на формировании планет в диске.

Четыре года назад одна из ярчайших звёзд нашего неба — Бетельгейзе — резко потеряла в яркости, что позже назвали Великим Потускнением. С тех пор астрономы стали уделять этой звезде максимальное внимание, чтобы на её примере отточить модели эволюции некоторого типа звёзд. Главной интригой остаётся точность прогноза о превращении Бетельгейзе в сверхновую. Раньше на это давали десятки тысяч лет, но есть мнение, что она рванёт очень и очень скоро.

Масштабы Бетельгейзе: фотосфера звезды распространялась бы до орбиты Юпитера. Источник изображения: ESO

Бетельгейзе — это красный сверхгигант в созвездии Ориона на удалении 650 световых лет от Земли. Считается, что это звезда типа O. Звезда находится на грани превращения в сверхновую. Но когда она перейдёт эту грань зависит от целого ряда факторов и один из них — это реальные размеры звезды, о чём учёные спорят несколько десятилетий.

Согласно последним измерениям, Бетельгейзе скорее маленькая для звёзд типа O, чем большая. Это означает, что на превращение её в сверхновую могут уйти многие десятки тысяч лет. Однако исследователи из Университета Тохоку в Японии и Женевского университета в Швейцарии заново проанализировали все данные по Бетельгейзе и пришли к выводу, что звезда может иметь намного больший размер и её судьба — это превратиться в сверхновую за тридцать-пятьдесят лет или около того.

Согласно нашим наблюдениям, яркость Бетельгейзе меняется с двумя более-менее выраженными периодами — коротким длительностью 420 дней и большим длительностью 2200 дня. Если для оценки скорости эволюции звезды использовать более короткий период, то это определяет её радиус примерно в 800-900 раз больше радиуса нашего Солнца. Японские и швейцарские астрономы показали, что опора на 2200-дневную периодичность может указывать на радиус Бетельгейзе примерно в 1300 раз больше радиуса Солнца, что вносит радикальные коррективы в прогнозирование судьбы этой звезды. Если они правы, Бетельгейзе превратится в сверхновую после 2050 года.

Около 20 лет назад в нашей галактике впервые была обнаружена одна из так называемых «убегающих» звёзд, скорость которых превышает галактическое притяжение. Это заставит такие звёзды рано или поздно покинуть галактику. Впоследствии астрономы обнаружили ещё несколько таких звёзд и продолжают находить новые. Среди четырёх новых открытий найдены два рекордсмена и один абсолютный чемпион, который движется на скорости в четыре раз выше галактической.

Источник изображения: Pixabay

Сегодня доминирует теория, что убегающие звёзды возникают после термоядерного взрыва белого карлика — это класс сверхновых Ia. Обычные сверхновые возникают после коллапса более массивных звёзд на закате их эволюции, тогда как сверхновые типа Ia появляются после накопления белым карликом критической массы.

Эту массу белый карлик ворует у звезды-партнёра по двойной системе. Если это лёгкий водород, то термоядерный взрыв происходит как обычно, но если вторая звезда по системе такой же белый карлик, то от него можно получить в основном более тяжёлый гелий и тогда происходит двойной термоядерный взрыв. Сначала термоядерная реакция возникает в оболочке, а затем происходит вторичная детонация ядра звезды. Это процесс называется Dynamically Driven Double-Degenerate Double-Detonation или D⁶.

«Убегающие» звёзды, как считается, появляются в результате двойной детонации белых карликов. Двойной термоядерный взрыв придаёт второй звезде в паре достаточное ускорение, чтобы та в итоге вышла за пределы галактики. Предполагалось, что в нашей галактике Млечный путь около 1000 таких звёзд. Часть из них могли приблудиться из других галактик, благо их скорости это позволяют. Но точно определить количество летящих в межзвёздном пространстве блуждающих звёзд было сложно.

Свежие данные европейского астрометрического спутника «Гайя» (Gaia) позволили обнаружить четыре новых гиперскоростных звезды, две из которых оказались рекордсменами. Это J1235, движущаяся на относительной скорости 1694 км/с, и J0927 — летящая относительно Солнца на огромной скорости 2285 км/с.

Новое открытие с учётом ранее обнаруженных звёзд-беглецов в количестве 10 штук, позволило уточнить модель появления таких объектов и ещё прочнее связать их со сверхновыми типа Ia, что, в свою очередь, позволило по-новому рассчитать скорость рождения таких звезд. Скорость их появления оказалась хорошо согласованной со скоростью рождения сверхновых типа Ia. Поскольку сверхновые этого типа хорошо видны в телескопы и, более того, они являются «стандартными маяками» для определения расстояний в галактике, можно рассчитать, сколько всего в нашей галактике носится звёзд с безумной скоростью.

Расчёты показывают, что таких звёзд может быть миллионы, просто значительная часть из них — это слабосветящиеся объекты, и они пока не обнаружены. На этом фоне возникают опасения, что одна из таких пока необнаруженных звёзд может внезапно оказаться на пути Солнечной системы с весьма неприятными последствиями для Земли и нас с вами.

«Если значительная часть сверхновых типа Ia порождает звезду D⁶, то галактика [Млечный Путь], вероятно, запустила в межгалактическое пространство более 10 млн таких звезд, — пишут исследователи. — Интересным следствием этого является то, что должно существовать большое количество слабых, близких [к нам] звезд D⁶, запущенных из галактик по всему объёму пространства включая тот, в который входит Солнечная система».

Исследование было представлено в журнале Open Journal of Astrophysics и доступно на сайте arXiv.

Красный сверхгигант Бетельгейзе продолжает лихорадить после произошедшего в 2019 году титанического выброса коронарной массы в 400 млрд раз больше обычного выброса на нашем Солнце. После отмеченного четыре года назад Великого Потускнения в виде снижения светимости на 25–35 %, сегодня наблюдается резкий рост блеска. В апреле звезда достигла пика светимости в 156 % от первоначального. Неужели мы на пороге взрыва гигантской сверхновой всего в 700 световых годах от Земли?

Масштабы звезды в нашей системе: фотосфера Бетельгейзе распространялась бы до орбиты Юпитера. Источник изображения: ESO

Бетельгейзе периодически меняет яркость уже очень долгое время. Описательные наблюдения за этим процессом ведутся свыше 200 лет. Астрономы отмечают два явных цикла в этом процессе — это цикл в 5,9 лет и 400-суточный цикл. О более длинном цикле говорить преждевременно, зато более короткий, похоже, сократился ещё вдвое — до примерно 200 суток, о чём говорится в новой статье Scientific American.

Бетельгейзе — самый крупный красный гигант из всех известных нам звёзд этого типа — обычно являлся 10-ой по яркости звездой на небе. Но после Великого Потускнения четыре года назад яркость звезды начала меняться с иным периодом и понемногу наращивала её. В этом году Бетельгейзе стала 7-й по яркости звездой — яркость увеличилась до 156 % от первоначальной. Впрочем, это было в апреле. На момент написания статьи яркость снизилась до 142 % от «нормальной».

Звезду продолжает лихорадить после Великого Потускнения, успокаивают астрономы. Тогда звезда выбросила невероятную по объёму массу своего вещества, что, во-первых, привело к значительному изменению её верхнего слоя и, во-вторых, дало возможность веществу остыть в пространстве и превратиться в пылевое облако, закрывшего звезду от наших взоров. Однако объём выброшенной массы оказался настолько большим, что внутри звезды начались сильные процессы конвекции. Она буквально кипит, как котёл с варевом. И именно это перемешивание вещества привело к временному повышению блеска.

По мнению авторов статьи, мы вряд ли находимся на пороге превращения Бетельгейзе в сверхновую. Яркость красного гиганта, скорее всего, придёт в норму к концу текущего десятилетия. При этом более короткий цикл изменения её яркости сократился примерно вдвое: с 400 суток до около 200. А превращения Бетельгейзе в сверхновую можно ждать ещё десятки и даже сотни тысяч лет. Для звезды это уже приговор, хотя для человека это вечность.