Уникальное зрелище. Астрономы заявляют, что смогли проследить за рождением черной дыры

Сейчас мы точно знаем о существовании двух видов черных дыр — звездной массы и сверхмассивных. Недавние исследования показывали намеки на существование промежуточных черных дыр, однако до сих пор у ученых не было стопроцентного доказательства наличия подобных объектов в космосе. Однако реальность может оказаться еще интереснее, ведь одна из этих загадочных черных дыр гипотетически существует буквально с нами по соседству.

Так или иначе, мы еще многого не знаем об эволюции этих объектов. Более того, до сих пор мы ни разу не следили за рождением новой черной дыры. Именно поэтому новое исследование международной команды астрономов, которое опубликовано в журнале Nature, так важно для научного сообщества.

Согласно современным теориям, большинство черных дыр образуются после коллапсирования (то есть, сжатия) ядра достаточно массивной звезды. Обычно жизнь звезды поддерживается ядерными реакциями внутри ядра. Однако в конце ее жизни, когда водород и гелий, являющиеся топливом этих реакций, заканчиваются, внутренние слои звезды сдаются под напором гравитации и коллапсируют внутрь, сжимаясь в чрезвычайно плотный объект.

Этот процесс сопровождается мощнейшим взрывом — вспышкой сверхновой. Недавно мы писали об исследовании, в ходе которого ученые впервые проследили за этим событием — светимость звезды резко увеличивается в миллионы раз, из-за чего она может светить ярче даже некоторых галактик.

Ученые могут изучать следы сверхновых, которые формируют нейтронные звезды, однако до сих пор ученые ни разу не наблюдали за вспышкой, в результате которой появилась бы черная дыра. Из-за этого мы не знаем, что же конкретно происходит с умирающей звездой — возможно, она бесследно поглощается черной дырой или провоцирует какой-нибудь взрыв другого типа, который не заметен из-за основного.

Главным кандидатом на следы такого взрыва являются гамма-всплески — самые яркие события, которые мы можем наблюдать в космосе. Оно вызывается звездными джетами, которые разгоняются до сверхвысоких скоростей во время коллапса ядра звезды. Это взрывной выброс энергии огромных масштабов — за несколько секунд высвобождается столько энергии, сколько выделяется за 10 миллиардов лет свечения Солнца.

Однако, если принимать эту модель за реальную, то у ученых все равно остаются вопросы. Подобное свечение может продолжать светить месяцами, что говорит о том, что света взрывается «наружу» (то есть, в космос), а не «вовнутрь» (то есть, в черную дыру), как бы это должно было быть. Поэтому некоторые исследователи считают, что гамма-всплески — это следы образования очень мощных нейтронных звезд, а не черной дыры.

Астрофизик из Ливерпульского университета Джона Мурса Дэниел Пэрли вместе с коллегами обнаружили еще одно событие, которое может детально показать формирование черной дыры. В 2019 и 2021 году они наблюдали быстрый взрыв, который, как и гамма-всплески, возник из-за небольшого количества очень быстро движущегося материала, врезающегося в окружающий его газ. Это точно не «обычная» сверхновая — в то время, как свет после нее может «висеть» еще несколько месяцев, свечение этого взрыва прекращается сразу после столкновения вещества с газом.

Внимательно изучив свет, который излучает этот взрыв, ученые пришли к выводу, что его источник — звезда Вольфа-Райе. Это очень массивные (примерно в 10 раз массивнее Солнца), яркие (в миллионы раз ярче Солнца) и короткоживущие звезды, которые достаточно редко встречаются в нашей галактике — по подсчетам ученых, во Млечном Пути их существует несколько сотен.

Именно взрыв этих звезд идеально подходит под ту модель взрыва, который должен сопровождать появление черной дыры: яркий и чрезвычайно короткий. Это может значить, что звезда во время коллапса ядра выбрасывает наружу лишь небольшое количество материала, а большая его часть уходит внутрь черной дыры.

Ученые предупреждают, что их интерпретация может быть неверной. Возможно, это была обычная сверхновая, однако ее взрыв был скрыт туманностью или космической пылью, сквозь которые мы и не можем увидеть его следы. Также возможно, что это взрыв, сопровождающий конец жизни нового, неизвестного нам типа звезды. Тем не менее, они уверены, что это — след, которого так не хватает современным астрофизикам.

«Изначально мы не знали точно, на что смотрели. Теперь у нас есть четкая гипотеза: рождение черной дыры», — пишет Пэрли.