Астрономы обнаружили новый тип сверхновой, вызванной взаимодействием черной дыры и звезды

Исследование, проведенное Центром астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт (CfA), зафиксировало взрывное взаимодействие между черной дырой и массивной звездой (синяя), как показано на этой художественной иллюстрации. По мере уменьшения расстояния между звездой и черной дырой, мощная гравитация черной дыры вытягивала газ и пыль из звезды, формируя диск. Прежде чем звезда смогла поглотить черную дыру, гравитационное напряжение спровоцировало взрыв звезды. Столкновения между взрывом звезды и оболочками материала от предыдущих взаимодействий, расположенных выше и ниже диска, вызвали драматичное повторное усиление яркости. На иллюстрации изображены массивная звезда и черная дыра до взрыва сверхновой, когда форма звезды искажена гравитационными силами черной дыры. Автор: Мелисса Вайсс/CfA

Астрономы обнаружили, что массивная звезда могла взорваться, пытаясь поглотить черную дыру-компаньона. Это объясняет один из самых странных звездных взрывов, когда-либо наблюдавшихся.

Открытие было сделано командой ученых из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт (CfA) и Массачусетского технологического института (MIT) в рамках проекта «Молодой эксперимент сверхновых». Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Взрыв, получивший название SN 2023zkd, был впервые обнаружен в июле 2023 года обсерваторией Zwicky Transient Facility. Новый алгоритм искусственного интеллекта, предназначенный для поиска необычных взрывов в реальном времени, первым зафиксировал событие. Это раннее оповещение позволило астрономам немедленно начать дополнительные наблюдения — ключевой шаг для понимания полной картины взрыва. К моменту завершения события его наблюдали множество телескопов как на Земле, так и в космосе.

Ученые считают, что наиболее вероятное объяснение заключается в том, что массивная звезда находилась на смертельной орбите с черной дырой. По мере потери энергии расстояние между объектами сокращалось, пока гравитационное напряжение звезды, частично поглотившей черную дыру, не спровоцировало сверхновую.

«Наш анализ показывает, что взрыв был вызван катастрофическим взаимодействием с черной дырой-компаньоном, и это самое убедительное на сегодняшний день доказательство того, что такие тесные взаимодействия действительно могут спровоцировать взрыв звезды», — заявил Александр Гальяно, ведущий автор исследования и сотрудник NSF Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions.

«Наша система машинного обучения отметила SN 2023zkd за месяцы до его самого необычного поведения, что дало нам достаточно времени для получения критически важных наблюдений, необходимых для разгадки этого необычного взрыва».

Альтернативная версия, рассмотренная командой, предполагает, что черная дыра полностью разорвала звезду до того, как та могла взорваться самостоятельно. В этом случае черная дыра быстро поглотила обломки звезды, а свечение сверхновой возникло при столкновении обломков с окружающим газом. В обоих сценариях остается одна, более массивная черная дыра.

SN 2023zkd, расположенная примерно в 730 миллионах световых лет от Земли, изначально выглядела как типичная сверхновая с единичной вспышкой света. Однако через несколько месяцев наблюдений произошло неожиданное: яркость снова увеличилась. Анализ архивных данных показал еще более необычное явление — система медленно увеличивала яркость более четырех лет до взрыва. Такое долгосрочное изменение яркости перед взрывом редко встречается у сверхновых.

Детальный анализ показал, что свет взрыва был сформирован материалом, который звезда теряла в последние годы перед гибелью. Первое усиление яркости произошло из-за столкновения ударной волны сверхновой с газом низкой плотности. Второй, более поздний пик был вызван медленным, но продолжительным столкновением с плотным дискообразным облаком. Эта структура — а также нестабильное поведение звезды перед взрывом — указывает на то, что звезда подвергалась экстремальному гравитационному воздействию, вероятно, со стороны компактного компаньона, такого как черная дыра.

«SN 2023zkd демонстрирует одни из самых четких признаков взаимодействия массивной звезды с компаньоном в последние годы перед взрывом», — отметила В. Эшли Виллар, доцент астрономии в Гарвардском университете и соавтор исследования.

«Мы считаем, что это может быть частью целого класса скрытых взрывов, которые ИИ поможет нам обнаружить».

С вводом в эксплуатацию обсерватории Веры Рубин, которая уже представила первые изображения и готовится сканировать все небо каждые несколько ночей, это открытие дает представление о том, что нас ждет в будущем. Мощные новые обсерватории в сочетании с системами ИИ в реальном времени позволят астрономам обнаруживать гораздо больше редких и сложных взрывов и начать картировать жизненный цикл массивных звезд в двойных системах.

ИИ: Это открытие подчеркивает важность ИИ в астрономии и демонстрирует, как технологии помогают раскрывать тайны Вселенной. В ближайшие годы нас ждет еще больше удивительных открытий!

Больше информации: A. Gagliano et al, Evidence for an Instability-induced Binary Merger in the Double-peaked, Helium-rich Type IIn Supernova 2023zkd, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adea38. iopscience.iop.org/article/10. … 847/1538-4357/adea38.