Астрономы нашли возможный источник загадочных синих вспышек во Вселенной: черные дыры могут врезаться в раскаленные звезды

Международная группа исследователей предложила новое объяснение одного из самых необычных космических явлений последних лет — ярких быстрых синих оптических вспышек, известных как LFBOT (Luminous Fast Blue Optical Transients). Согласно новой гипотезе, причиной этих загадочных событий могут быть столкновения черных дыр со сверхгорячими массивными звездами.

Эти космические вспышки остаются одной из крупнейших загадок современной астрофизики. Они появляются внезапно, светят чрезвычайно ярко, быстро угасают и при этом обладают необычным голубым спектром, указывающим на экстремально высокие температуры.

Новая модель предполагает, что в центре таких событий могут находиться черные дыры звездной массы, сталкивающиеся с очень плотными и горячими звездами в регионах активного звездообразования.

Что такое LFBOT

Термин LFBOT расшифровывается как:

• Luminous — яркие;
• Fast — быстрые;
• Blue — синие;
• Optical Transients — оптические вспышки.

Эти события впервые привлекли серьезное внимание астрономов в 2018 году после обнаружения объекта AT2018cow.

«Корова» стала одной из самых странных вспышек в истории астрономии

AT2018cow быстро получил неофициальное прозвище «The Cow» из-за последних букв в названии объекта. (nature.com)

Событие удивило ученых сразу несколькими особенностями:

• вспышка развивалась чрезвычайно быстро;
• яркость достигала огромных значений;
• объект был необычно горячим;
• спектр отличался сильным синим излучением;
• событие угасло намного быстрее типичных сверхновых.

С тех пор было обнаружено еще несколько похожих объектов.

Почему эти вспышки так необычны

Большинство ярких космических взрывов относятся к хорошо известным категориям:

• сверхновые;
• гамма-всплески;
• килоновые;
• активность черных дыр. (esa.int)

Но LFBOT не полностью соответствуют ни одному из этих классов.

Они:

• слишком быстрые для обычных сверхновых;
• слишком яркие для многих известных транзиентов;
• обладают необычной спектральной эволюцией;
• демонстрируют признаки экстремальных энергий.

Вспышки возникают очень быстро

Одной из главных особенностей LFBOT является скорость развития.

Типичная сверхновая может набирать яркость неделями.

LFBOT достигают пика всего за несколько дней.

Это означает, что источник энергии должен быть очень компактным и чрезвычайно мощным.

Синий цвет указывает на экстремальную температуру

Спектр вспышек показывает преобладание синего и ультрафиолетового излучения.

Это означает очень высокую температуру вещества.

По оценкам ученых, температура может достигать:

$\sim 30000\mathrm{K}$

и более. (nature.com)

Для сравнения:

• поверхность Sun имеет температуру около 5800 K;
• многие звезды значительно холоднее LFBOT.

Новая гипотеза связана с черными дырами

Авторы новой модели считают, что причиной вспышек могут быть столкновения черных дыр со звездами.

Речь идет о черных дырах звездной массы — объектах, возникающих после коллапса массивных звезд.

Такие черные дыры обычно имеют массу:

∼5–50 M⊙sim 5text{–}50 M_{odot}∼5–50 M⊙​

Как может происходить столкновение

В плотных звездных регионах черные дыры могут двигаться через скопления молодых звезд.

Если черная дыра проходит слишком близко к массивной горячей звезде, возникает катастрофическое взаимодействие.

Гравитация черной дыры начинает разрушать звездное вещество.

Часть материала падает внутрь черной дыры и формирует аккреционный диск.

Аккреционный диск способен выделять огромную энергию

Когда вещество падает к черной дыре, часть гравитационной энергии превращается в излучение.

Аккреционные диски считаются одними из самых ярких объектов во Вселенной.

Температура газа в таких структурах может быть колоссальной.

Именно это может объяснять:

• высокую яркость;
• быстрый рост свечения;
• сильное синее излучение.

Почему вспышки быстро исчезают

По новой модели, событие длится недолго, потому что запас вещества ограничен.

После разрушения части звезды и быстрого поглощения газа интенсивность излучения резко падает.

Это хорошо соответствует наблюдаемой быстрой эволюции LFBOT.

Некоторые вспышки сопровождались радиоизлучением

Ученые также обнаружили у ряда LFBOT мощное радиоизлучение.

Это может указывать на:

• ударные волны;
• выбросы вещества;
• релятивистские струи;
• взаимодействие с окружающим газом. (nature.com)

Подобные процессы часто наблюдаются возле черных дыр.

Ранее предлагались и другие объяснения

До появления новой гипотезы ученые рассматривали несколько вариантов происхождения LFBOT:

• необычные сверхновые;
• рождение магнетаров;
• разрушение звезд черными дырами;
• экзотические типы коллапса звезд;
• слияния компактных объектов.

Но ни одна модель пока не объясняет все наблюдаемые свойства одновременно.

Магнетары тоже остаются возможным вариантом

Одним из популярных объяснений остаются магнетары — нейтронные звезды с чрезвычайно мощными магнитными полями.

Магнитное поле магнетара может достигать:

1014–1015 Гс10^{14}text{–}10^{15} mathrm{Гс}1014–1015 Гс

Это в триллионы раз сильнее магнитного поля Земли.

Однако поведение некоторых LFBOT плохо вписывается и в эту модель.

Важную роль играют современные телескопы

LFBOT удалось обнаружить благодаря развитию автоматических обзоров неба.

Современные системы постоянно сканируют космос в поисках кратковременных событий.

Среди наиболее известных проектов:

• Zwicky Transient Facility;
• Pan-STARRS;
• Vera Rubin Observatory;
• ATLAS.

Такие программы способны быстро замечать новые вспышки.

Vera Rubin Observatory может резко увеличить число открытий

Особые надежды ученые связывают с Vera C. Rubin Observatory в Chile.

Vera C. Rubin Observatory

Обсерватория будет проводить сверхглубокий обзор южного неба и фиксировать огромное количество транзиентных событий.

Это позволит собрать гораздо больше данных о LFBOT.

Черные дыры становятся все более важными для современной астрофизики

Еще несколько десятилетий назад черные дыры считались в основном теоретическими объектами.

Сегодня они рассматриваются как ключевые элементы:

• эволюции галактик;
• формирования звезд;
• высокоэнергетической астрофизики;
• гравитационно-волновой астрономии.

LFBOT могут стать еще одним примером экстремальных процессов с их участием.

Столкновения черных дыр со звездами могут быть не такими редкими

В плотных молодых звездных скоплениях число компактных объектов может быть очень высоким.

Черные дыры постепенно мигрируют к центрам скоплений под действием динамических процессов.

Это повышает вероятность тесных взаимодействий со звездами.

Ученые пытаются понять физику самых экстремальных процессов

LFBOT интересны не только сами по себе.

Они помогают изучать:

• поведение вещества при экстремальных температурах;
• аккрецию на черные дыры;
• динамику звездных катастроф;
• происхождение релятивистских выбросов;
• эволюцию массивных звезд.

Некоторые события могут сопровождаться гравитационными волнами

Если часть LFBOT связана с компактными объектами, в будущем ученые смогут искать сопутствующие сигналы:

• гравитационные волны;
• нейтрино;
• рентгеновские вспышки;
• радиоизлучение. (ligo.org)

Это особенно важно для многоканальной астрономии.

Загадка LFBOT пока далека от окончательного решения

Несмотря на новую гипотезу, ученые пока не считают проблему закрытой.

Количество обнаруженных объектов остается небольшим, а многие вспышки сильно отличаются друг от друга.

Однако новая модель показывает, что столкновения черных дыр с горячими массивными звездами могут объяснять сразу несколько ключевых особенностей загадочных синих вспышек.

Если дальнейшие наблюдения подтвердят эту идею, астрономы получат новый взгляд на экстремальные процессы, происходящие в самых плотных и энергичных регионах Вселенной.

Источники:
Статья создана по материалам Space.com