Спалах, яскравіший за 570 мільярдів Сонць: що це було? (4 фото)

Це сталося 14 червня 2015 року. Міжнародна мережа автоматичних роботизованих телескопів ASAS-SN, призначена для безперервного моніторингу всієї видимої небесної сфери, зафіксувала в сузір'ї Індіанця спалах неймовірної яскравості.





Об'єкт, який отримав позначення ASASSN-15lh, спалахнув настільки яскраво, що з лишком затьмарив свою батьківську галактику — повністю, разом із мільярдами зір. Під час розрахунків отримали дивовижні цифри: у піку світність перевищувала світність нашого Сонця приблизно у 570 мільярдів разів. Для порівняння: світність Чумацького Шляху перевищує сонячну «всього» у 20 мільярдів разів.

У січні 2016 року команда науковців на чолі з професором Субо Донгом із Інституту астрономії та астрофізики імені Кавлі при Пекінському університеті опублікувала в журналі Science дослідження, у якому подію ASASSN-15lh було названо «найяскравішою надновою в історії спостережень». Утім, невдовзі з'явилися сумніви, і вже за кілька місяців вийшла низка досліджень, що спростовували висновок команди Донга.

Та про все по порядку.

Дешева, але ефективна система

ASAS-SN — це мережа невеликих роботизованих телескопів із діаметром дзеркал усього 14 сантиметрів, розташованих у різних куточках Землі. Їхнє завдання просте й водночас грандіозне: щоночі сканувати все доступне небо в пошуках найменших змін яскравості. Наднові, спалахи в ядрах галактик, змінні зорі — будь-яка подія, що порушує звичний спокій нічного неба.

Система працює автоматично. Камери знімають ту саму ділянку неба кілька разів за ніч, а алгоритми порівнюють кадри в пошуках нових яскравих точок. У разі виявлення змін астрономи одразу отримують сповіщення та починають спостереження за допомогою потужних наземних і космічних телескопів, доступних у той момент. Саме так знайшли ASASSN-15lh: на знімках ділянки неба з'явилася яскрава точка там, де раніше була лише ледь помітна тьмяна галактика на відстані приблизно 3,8 мільярда світлових років від нас.

Чому вирішили, що це наднова

Спочатку все вказувало на надяскраву наднову типу SLSN-I — дуже рідкісний клас вибухів масивних зір, світність яких у десятки разів перевищує світність звичайних наднових. Подія ASASSN-15lh демонструвала аномальну світність, спектр без водню та плавне зростання яскравості, яка досягла піку приблизно через 30 днів, після чого почала повільно згасати. Усе це загалом нічим не відрізнялося від поведінки відомих надяскравих наднових. Ось тільки потужність виявилася незрівнянно більшою.



Ліворуч: архівний знімок Digitized Sky Survey, галактика до спалаху. Праворуч: підтвердження відкриття мережею Las Cumbres Observatory. Через колосальну відстань навіть такий спалах видно лише як ледь помітну зміну яскравості пікселів усередині червоного кола

Таку аномалію команда Донга пов'язала з тим, що в центрі вибуху народився магнетар — нейтронна зоря, яка швидко обертається та має неймовірно потужне магнітне поле. Обертаючись, магнетар втрачає енергію та підсвічує скинуту вибухом оболонку зсередини, наче гігантська космічна лампочка всередині газопилової хмари, що розширюється. Цей механізм пояснював і тривале світіння, і неймовірну яскравість. Утім, науковці визнали, що це, по суті, лише штучна підпірка. Гіпотеза звучала переконливо, однак реальні факти в ній не сходилися.

Фундамент гіпотези дав тріщину

Надяскраві наднові досягають піку й за кілька тижнів або місяців стрімко тьмяніють. Подія ASASSN-15lh втрачала яскравість значно повільніше й навіть на якийсь час «зависла» на максимальному рівні світності. Крім того, спектр також виявився дивним — лінії були занадто широкими, а швидкості викиду речовини здавалися аномально високими. Простіше кажучи, за детальнішого розгляду подія ASASSN-15lh не вписувалася в межі уявлень про надяскраво наднову.

І ще одна дуже цікава деталь, яка насторожувала від самого початку: розташування. Більшість надяскравих наднових вибухають у карликових галактиках із низькою металічністю та активним зореутворенням — там народжуються дуже масивні й гарячі зорі, які, проживаючи вкрай коротке (за астрономічними мірками) життя, стають кандидатами на подібний вибух. Натомість подію ASASSN-15lh зафіксували у великій, старій галактиці. І найважливіше: об'єкт розташовувався точно в центрі галактики. Не на краю, не у спіральному рукаві, а в ядрі — саме там, де зазвичай ховається надмасивна чорна діра.

Дубль два

Наприкінці 2016 — на початку 2017 року об'єкт, який вже нібито згаснув, несподівано спалахнув знову. Його яскравість зросла приблизно на 10%. Відомо, що наднові так поводитися не можуть, адже загибель зорі — подія одноразова. Можна спостерігати, як оболонка скинутої речовини розширюється та охолоджується, як вона взаємодіє з оточенням, але сам вибух стається лише один раз. Тож ця подія стала вагомим аргументом для тих, хто від самого початку сумнівався в правильності інтерпретації даних командою Донга.

Кілька міжнародних команд науковців незалежно одна від одної запропонували радикально інше пояснення: подія припливного руйнування (англ. Tidal Disruption Event, TDE). Це принципово інший тип катастрофы, ініціатором якої є не зоря, а чорна діра.





Уявіть зорею, яка якось підлетіла занадто близько до надмасивної чорної діри масою у мільйони або й мільярди сонячних. Перетинаючи так званий радіус припливного руйнування, світило стикається з настільки потужним гравітаційним градієнтом, що його буквально розриває на шматки. Той бік зорі, що розташований ближче до чорної діри, зазнає значно сильнішого притягання, ніж протилежний, — і зоря починає розтягуватися.

Частина речовини, що падає в чорну діру, спочатку потрапляє в акреційний диск, розкручується та розігрівається до мільйонів градусів, випромінюючи в рентгенівському, ультрафіолетовому й видимому діапазонах. Це може тривати місяці й роки, поступово затихаючи в міру того, як чорна діра поглинає речовину.

TDE — рідкісне явище. У типовій галактиці така «гравітаційна м'ясорубка» розриває зорею на шмаття приблизно раз на 10–100 тисяч років. У спостережуваному Всесвіті близько двох трильйонів галактик, однак астрономи спостерігали лише кілька десятків подібних подій, і більшість із них були відносно тьмяними. Тож якщо ASASSN-15lh — це справді TDE, то перед нами абсолютний рекордсмен.

Вагомі аргументи

Команди астрофізиків на чолі з Йоргосом Лелудасом і Пітером Брауном провели детальний аналіз спектра, кривої блиску та розташування об'єкта. Локація в самому центрі галактики, де розташована надмасивна чорна діра масою приблизно 100 мільйонів мас Сонця, перестала бути просто збігом. Зміни в спектрі викрили характерні ознаки саме акреційного диска, а не оболонки наднової, що охолоджується.

Усе, абсолютно все вказувало на те, що перед нами TDE — але тільки за однієї умови: чорна діра має обертатися дуже швидко. Обертання чорної діри безпосередньо визначає, скільки енергії вивільниться під час поглинання матерії. І щоб пояснити колосальну светність події ASASSN-15lh, надмасивна чорна діра, що розірвала зорею, має обертатися практично з максимально можливою швидкістю.



До речі, повторний спалах також вписується в цю картину: речовина падає в чорну діру нерівномірно, утворюючи в акреційному диску згустки, які час від часу призводять до сплесків випромінювання. Це нормальна поведінка для TDE, проте абсолютно нетипова для наднової.

Суперечку не завершено

Дебати тривають і досі. Деякі астрономи як і раніше вважають, що ASASSN-15lh — це екзотична наднова. Спектр на ранніх стадіях, на їхню думку, більше схожий на вибух зорі, ніж на припливне руйнування. Еволюція кольору об'єкта спочатку була типовою для надяскравих наднових — від синього до червоного, хоча пізніше з'явилися аномалії. А повторний спалах, зафіксований наприкінці 2016 — на початку 2017 року, може бути пов'язаний зі специфікою взаємодії скинутої оболонки з навколишньою речовиною.

Є й ще один аргумент: навіть для TDE подія ASASSN-15lh занадто яскрава. Щоб отримати таку светність, потрібні вкрай специфічні умови: екстремальна швидкість обертання чорної діри, дуже масивна початкова зоря й, імовірно, вузький релятивістський джет, спрямований майже точно на нас у момент спостереження за допомогою системи ASAS-SN. Усе це робить такий сценарій малоймовірним, але не неможливим.

Якщо ASASSN-15lh колись спалахне знову, це стане беззаперечним аргументом на користь TDE-гіпотези. А поки що залишається лише чекати й спостерігати.