В течение почти полувека ученые придерживались теории, что, когда звезда подходит к концу своего жизненного цикла, она подвергается гравитационному коллапсу. В этот момент, при условии наличия достаточной массы, этот коллапс вызовет образование черной дыры. Зная, когда и как образуется черная дыра, астрономы давно искали.
И почему бы нет? Возможность стать свидетелем образования черной дыры была бы не только удивительным событием, но и сокровищницей научных открытий. И согласно недавнему исследованию группы исследователей из Университета штата Огайо в Колумбусе, мы, возможно, наконец-то сделали именно это.
Исследовательскую группу возглавлял Кристофер Кочанек, профессор астрономии и выдающийся ученый в штате Огайо. Используя снимки, сделанные Большим бинокулярным телескопом (LBT) и космическим телескопом Хаббла (HST), он и его коллеги провели серию наблюдений за красной супергигантской звездой по имени N6946-BH1.
Чтобы сломать процесс образования черных дыр, согласно нашему нынешнему пониманию жизненных циклов звезд, черная дыра образуется после того, как звезда с очень большой массой испытывает сверхновую. Это начинается, когда звезда исчерпала запас топлива, а затем испытывает внезапную потерю массы, когда внешняя оболочка звезды сбрасывается, оставляя после себя оставшуюся нейтронную звезду.
Затем за этим следуют электроны, присоединяющиеся к отбитым ионам водорода, что приводит к яркому вспышке. Когда плавление водорода прекращается, звездный остаток начинает остывать и исчезать; и в конце концов остальная часть материала конденсируется с образованием черной дыры.
Однако в последние годы некоторые астрономы предположили, что в некоторых случаях звезды будут испытывать неудачную сверхновую. В этом сценарии звезда с очень большой массой завершает свой жизненный цикл, превращаясь в черную дыру без обычного массивного выброса энергии, происходящего заранее.
Как отметили в своем исследовании команда из Огайо под названием «Поиск неудавшихся сверхновых с помощью Большого бинокулярного телескопа: подтверждение исчезающей звезды», это может быть тем, что случилось с N6946-BH1, красным супергигантом, масса которого в 25 раз превышает нашу Солнце находится на расстоянии 20 миллионов световых лет от Земли.
Используя информацию, полученную с помощью LBT, команда отметила, что N6946-BH1 продемонстрировал некоторые интересные изменения в ее светимости между 2009 и 2015 гг., Когда были сделаны два отдельных наблюдения. На снимках 2009 года N6946-BH1 выглядит как яркая изолированная звезда. Это соответствовало архивным данным, полученным HST еще в 2007 году.
Однако данные, полученные LBT в 2015 году, показали, что звезда больше не была видна на видимой длине волны, что также было подтверждено данными Хаббла за тот же год. Данные LBT также показали, что в течение нескольких месяцев в течение 2009 года звезда испытывала кратковременную, но интенсивную вспышку, когда она становилась в миллион раз ярче нашего Солнца, а затем постепенно исчезала.
Они также сверились с данными опроса Паломарской транзитной фабрики (ПТФ), а также с данными, сделанными Роном Арбором (британский астроном-любитель и охотник за сверхновыми). В обоих случаях наблюдения показали признаки вспышки в течение короткого периода в 2009 году, за которым последовало устойчивое угасание.
В конце концов, эта информация полностью соответствовала неудачной модели сверхновых и черных дыр. Как проф. Кочанек, ведущий автор статьи группы, - сообщил Space Magazine по электронной почте:
«На изображении этого события, вызванного неудачной сверхновой / черной дырой, переходный процесс обусловлен неудачной сверхновой. Звезда, которую мы видим перед событием, - красный супергигант - так что у вас есть компактное ядро (размером ~ землю) из оболочки, горящей водородом, а затем огромная, пухлая расширенная оболочка, состоящая в основном из водорода, которая может простираться до масштаба Юпитера. орбита. Этот конверт очень слабо связан со звездой. Когда ядро звезды разрушается, гравитационная масса падает на несколько десятых массы Солнца из-за энергии, уносимой нейтрино. Этого падения силы тяжести звезды достаточно, чтобы послать слабую ударную волну через пухлую оболочку, которая уносит ее прочь. Это создает холодный переходный процесс с низкой светимостью (по сравнению со сверхновой, в миллион раз превышающий светимость солнца), который длится около года и питается энергией рекомбинации. Все атомы в пухлой оболочке были ионизированы - электроны не связаны с атомами - по мере того как выталкиваемая оболочка расширяется и охлаждается, все электроны снова становятся связанными с атомами, что высвобождает энергию для питания переходного процесса. То, что мы видим в данных, согласуется с этой картиной ».
Естественно, команда рассмотрела все имеющиеся возможности, чтобы объяснить внезапное «исчезновение» звезды. Это включало возможность того, что звезда была окутана таким количеством пыли, что ее оптический / ультрафиолетовый свет поглощался и переизлучался. Но, как они обнаружили, это не соответствовало их наблюдениям.
«Суть в том, что никакие модели, использующие пыль, чтобы скрыть звезду, на самом деле не работают, поэтому может показаться, что все, что есть сейчас, должно быть гораздо менее ярким, чем эта существующая звезда» Кочанек объяснил. «В контексте неудавшейся модели сверхновой звезды остаточный свет согласуется с более поздним временем спада излучения от материала, накапливающегося во вновь образованной черной дыре».
Естественно, необходимы дальнейшие наблюдения, прежде чем мы сможем узнать, так ли это было. Скорее всего, это будет связано с ИК- и рентгеновскими миссиями, такими как космический телескоп Spitzer и рентгеновская обсерватория Chandra, или одним из многих космических телескопов следующего поколения, которые будут развернуты в ближайшие годы.
Кроме того, Кочанек и его коллеги надеются продолжить мониторинг возможной черной дыры, используя LBT и повторно посетив объект с HST примерно через год. «Если это правда, мы должны продолжать видеть, как объект исчезает со временем», - сказал он.
Само собой разумеется, если это правда, это открытие станет беспрецедентным событием в истории астрономии. И новость, безусловно, получила свою долю волнения со стороны научного сообщества. Как сказал Ави Лоб - профессор астрономии в Гарвардском университете - по электронной почте в Space Magazine:
«Объявление о потенциальном открытии звезды, которая обрушилась на черную дыру, очень интересно. Если это правда, то это будет первый прямой просмотр комнаты доставки черной дыры. Картина несколько запутанная (как и в любой родильной палате), с неопределенностью в отношении свойств ребенка, который был доставлен. Чтобы подтвердить, что черная дыра родилась, нужно обнаружить рентгеновские лучи.
«Мы знаем, что существуют черные дыры звездной массы, в последнее время благодаря открытию гравитационных волн от их слияния командой LIGO. Почти восемьдесят лет назад Роберт Оппенгеймер и его коллеги предсказали, что массивные звезды могут разрушиться до черных дыр. Теперь у нас может быть первое прямое доказательство того, что этот процесс действительно происходит в природе.
Но, конечно, мы должны напомнить себе, что, учитывая его расстояние, то, что мы могли бы наблюдать с N6946-BH1, произошло 20 миллионов лет назад. Таким образом, с точки зрения этой потенциальной черной дыры, ее формирование - старые новости. Но для нас это может быть одним из самых революционных наблюдений в истории астрономии.
Так же, как пространство и время, значение относительно наблюдателя!
