Взрывающаяся космическая корова может быть связана с новорожденной черной дырой

Впервые удалось поймать детскую черную дыру в действии.

Отредактировано 2023-16-06
изображение космоса с большим круглым пятном желтого света в центреAT2018cow и ее галактика-хозяин, как видно в августе 2018 года.

Спустя несколько недель после того, как многие из нас наслаждались фейерверком в День независимости, ученые, управляющие системой последнего предупреждения о земном столкновении астероидов (ATLAS) на Гавайях, наблюдали световое шоу другого рода: нечто под названием AT2018cow, или просто Корова. Она появилась из ниоткуда и вызвала огромный шум в течение нескольких недель, а затем, похоже, так же быстро исчезла.

Что это была за Корова? Астрономы потратили последние шесть месяцев на поиски ответа, и, как сообщается в новом исследовании, опубликованном в четверг в журнале The Astrophysical Journal, похоже, что теперь мы имеем гораздо лучшее представление о том, что именно представляло собой это загадочное явление. Проблема в том, что это по-прежнему остается загадкой.

Корова была так называемым переходным астрономическим событием, когда объект или явление демонстрирует чрезвычайно короткую продолжительность (от нескольких секунд до нескольких лет, что звучит широко, но в космических терминах все, что меньше нескольких миллионов лет - это мгновение ока). Когда гигантская яркая вспышка была замечена впервые, никто не знал, что с ней делать.

"В то время из той информации, которая была здесь, мы знали, что существует сила, и это была яркая вспышка, но было неясно, находится ли источник в нашей собственной галактике или нет", - говорит Раффаэлла Маргутти, астроном из Северо-Западного университета и ведущий автор новой статьи, в которой подробно описываются полученные результаты. Другая исследовательская группа смогла убедиться, что Корова не является частью нашей собственной галактики - она возникла в галактике CGCG 137-068, которая находится на расстоянии 200 миллионов световых лет от нас в созвездии Геркулеса. С этого момента астрономы были уверены, что наткнулись на самый близкий переходный объект такого рода из когда-либо обнаруженных.

Первоначально многие подозревали, что "Корова" была сверхновой звездой, но ее яркость зашкаливала - примерно в 10-100 раз ярче, чем ожидалось, что сделало бы ее одной из самых ярких сверхновых в истории. Она также извергала частицы со скоростью 10 процентов от скорости света, что намного быстрее, чем способны взрываться звезды. И, как ни странно, она быстро достигла своего пика, пока ученые наблюдали за ней, начав угасать всего через две недели после начала наблюдений.

Маргутти и ее команда знали, что они смотрят на нечто такое, чего никто еще никогда по-настоящему не видел. Она начала связываться с другими людьми по всему миру и проводить подготовку к наблюдению Коровы с помощью широкого спектра инструментов и собирать измерения во всем электромагнитном спектре, от рентгеновских лучей, жестких рентгеновских лучей (в 10 раз более мощных, чем первые), радиоволн и гамма-лучей, чтобы оценить последствия Коровки спустя долгое время после того, как ее яркость начала угасать. В число этих инструментов вошли миссии НАСА NuSTAR и Swift, Субмиллиметровый массив (SMA) на Гавайях и Большой миллиметровый массив Атакама (ALMA) в Чили, а также обсерватория У. М. Кека на Маунакеа, Гавайи.

Этот целостный подход оказался ключевым для данного расследования. Например, первоначальный анализ позволил бы предположить, что Корова - это разрушение звезды черной дырой, которая имеет статичный, определенный размер. Это объяснение имеет смысл - за исключением того, что радиоизлучение объекта показывает, что пространство расширяется в очень плотной и густой среде, а это не то, что вы ожидаете увидеть вокруг черной дыры с определенным размером.

Наблюдения за жестким рентгеновским излучением - вот что действительно взволновало исследовательскую группу. Маргутти и ее команда заметили, что объект испускает чрезвычайно яркое жесткое рентгеновское излучение, что стало для них полным шоком. "Нашим первым объяснением было то, что мы сделали что-то не так, и мы должны вернуться и разобраться в проблеме", - говорит Маргутти. Но другие приборы подтвердили результаты измерений. Этот тип особенностей не часто наблюдается исследователями, изучающими чрезвычайно компактные объекты.

Тем не менее, эта особенность обычно наблюдается астрономами, изучающими черные дыры, которые гравитационно высасывают газообразную и твердую материю из своего окружения. Пообщавшись с другими экспертами, команда начала рассматривать возможность того, что Корова на самом деле является недавно родившимся компактным объектом.

По сути, Маргутти и другие коллеги теперь считают, что событие Корова было рождением черной дыры или нейтронной звезды. Это первый случай в истории, когда ученые наблюдали за развитием такого события. Скорее всего, это черная дыра - поскольку объект, похоже, втягивает материал из окружающей среды и излучает энергию, - но ученые не исключают, что этот процесс может быть вызван нейтронной звездой с мощным магнитным полем. И, честно говоря, исследовательская группа не исключает возможности того, что Корова на самом деле является уникальным и мощным типом сверхновой звезды.

Почему тайна до сих пор не раскрыта? Корова была просто слишком яркой, чтобы глубоко заглянуть в нее. После того, как переходное явление Коровы, наконец, полностью исчезнет, у команды может появиться шанс провести последующие наблюдения за последствиями и определить, что может быть источником.

Все исследования, проводимые в Коровке, должны стать большим подспорьем для ученых, которые хотят лучше понять, как во Вселенной возникают такие объекты, как черные дыры и нейтронные звезды. "Это означает, что у нас появилось новое окно для изучения формирования этих объектов", - говорит Маргутти. "Это окно, к которому у нас раньше не было доступа".

Кроме того, полученные результаты являются важным шагом вперед в развитии астрономии, основанной на использовании нескольких сообщений: подход к космическим исследованиям, при котором особое внимание уделяется наблюдению за объектами и явлениями с помощью широкого спектра сигналов, чтобы составить более полное представление о поведении этих объектов. Например, благодаря таким проектам, как LIGO, мы можем обнаруживать слияния черных дыр, регистрируя гравитационные волны, но в будущем появится возможность изучать эти тела с помощью электромагнитного излучения и космических лучей. "Я был убежденным сторонником многоволновых наблюдений за переходными процессами", - говорит Маргутти. "Я думаю, что в будущем это будет иметь все большее значение", особенно по мере того, как технологии будут становиться все более совершенными и оптимальными для сбора данных такого рода.

Пока что команда следит за Коровой и ждет, когда она станет еще тусклее. Они готовятся к очередному раунду наблюдений в течение следующих нескольких месяцев, но они также находятся в процессе поиска и описания других событий, похожих на Корову. Похоже, что в космосе существует довольно обширная популяция этих звездных животных, и теперь мы лучше представляем себе, как правильно их наблюдать и описывать. "Эти переходные процессы редки, но не настолько, как мы ожидали", - говорит Маргутти. "И теперь мы знаем, как их найти". Похоже, мы находимся на охоте за целым стадом космического скота, пасущегося по всей Вселенной.