Гигантская сверхновая от звезды Вольфа-Райе может быть предвестником двойной черной дыры

Традиционные представления о рождении черной дыры совпадали с нашим восприятием самих черных дыр: темные, загадочные и жутко тихие, несмотря на их массу и влияние. Считалось, что черные дыры звездной массы рождаются в результате финального гравитационного коллапса массивных звезд, которые, в отличие от менее массивных светил, не производят ярких взрывов сверхновых.

По крайней мере, так думали астрономы ранее, поскольку никто не наблюдал в реальном времени коллапс массивной звезды, приводящий к сверхновой и формированию черной дыры. Это продолжалось до тех пор, пока команда исследователей из Университета Киото не сообщила о своих наблюдениях за сверхновой SN 2022esa.

Изображение сверхновой SN 2022esa (отмечена крестиком) и ее галактики-хозяина 2MFGC 13525, сделанное телескопом Subaru 13 июня 2023 года. На этой поздней стадии (примерно через год после открытия) сверхновая стала более чем в 100 раз тусклее своей первоначальной яркости. Спектральную идентификацию сверхновых типа Ic-CSM в большинстве случаев можно извлечь только на такой поздней стадии, что требует целенаправленных наблюдений с помощью телескопов класса 8 метров, таких как Subaru. Автор: KyotoU / Keiichi Maeda

Ученые задались вопросом: действительно ли все массивные звезды — те, что как минимум в 30 раз тяжелее Солнца — умирают тихо, без взрыва сверхновой, или в некоторых случаях их сопровождает энергичная и яркая особая разновидность такого взрыва.

Астрономы обнаружили сверхновую класса Ic-CSM, которая, по-видимому, является взрывом звезды Вольфа-Райе. Эти звезды настолько невообразимо массивны и ярки, что ученые считают их предшественниками формирования черных дыр.

Исследование необычной сверхновой

Чтобы изучить природу этой необычной сверхновой, исследовательская группа использовала как телескоп «Сэймэй» в Окаяме (Япония), так и телескоп «Субару» на Гавайях. Результаты опубликованы в журнале Publications of the Astronomical Society of Japan.

Команде удалось наблюдать и классифицировать SN 2022esa как сверхновую типа Ic-CSM, что демонстрирует: рождение черной дыры не обязательно является тихим, поскольку этот процесс можно наблюдать с помощью электромагнитных сигналов.

Раскрытие двойственной природы и будущие исследования

Они также обнаружили кое-что еще: сверхновая демонстрирует четкий и стабильный период в своей кривой блеска продолжительностью около месяца. Это привело команду к выводу, что взрыву предшествовали стабильные периодические извержения звездной системы, происходившие раз в год.

Такая стабильная периодичность возможна только в двойной системе. Следовательно, звездой-предшественницей должна была быть звезда Вольфа-Райе, образующая пару с другой массивной звездой или даже с черной дырой. Судьба такой системы, по их мнению, — это пара черных дыр.

«Судьбы массивных звезд, рождение черной дыры или даже двойной черной дыры — очень важные вопросы в астрономии, — говорит ведущий автор Кэйити Маэда. — Наше исследование открывает новое направление для понимания всей эволюционной истории массивных звезд вплоть до формирования двойных черных дыр».

Это исследование также демонстрирует преимущества использования двух разных телескопов с различными наблюдательными свойствами. В данном случае гибкость и оперативность «Сэймэя» в сочетании с высокой чувствительностью «Субару» оказались эффективной комбинацией. Команда планирует продолжать исследования с использованием обоих телескопов в ближайшие годы.

«Мы ожидаем множество интересных открытий, касающихся природы астрономических транзиентов и взрывов, таких как сверхновые», — говорит Маэда.

Больше информации: Keiichi Maeda et al, Peculiar SN Ic 2022esa: An explosion of a massive Wolf–Rayet star in a binary as a precursor to a BH–BH binary?, Publications of the Astronomical Society of Japan (2025). DOI: 10.1093/pasj/psaf140

Источник: Kyoto University