Обычно гибель массивных светил с начальной массой более 8-10 масс Солнца сопровождается ярчайшими вспышками сверхновых. Когда в ядре такой звезды заканчивается термоядерное топливо, оно коллапсирует, образуя нейтронную звезду или черную дыру. При этом ударная волна выбрасывает внешние слои светила в окружающее пространство. Эти взрывы астрономы регулярно наблюдают даже на межгалактических расстояниях.
Теоретические модели, однако, уже несколько десятилетий предсказывают иной сценарий звездной гибели: если ударная волна оказывается слишком слабой, оболочка не разлетается, а падает обратно на коллапсирующее ядро. В этом случае вместо ослепительной сверхновой звезда просто «исчезает», оставляя после себя черную дыру.
Именно такой случай группа ученых под руководством Кишалая Де (Kishalay De) из Колумбийского университета (США) зафиксировала в галактике Андромеды. Для этого исследователи проанализировали новые и архивные данные инфракрасного обзора неба NEOWISE, применив метод вычитания изображений. Подход позволил выявить переменные источники, в том числе звезду M31-2014-DS1. С 2014 по 2016 год ее яркость в среднем инфракрасном диапазоне возросла на 50%, после чего начала стремительно снижаться.
Дополнительно астрономы изучили оптические данные наземных обзоров и космической обсерватории Gaia. Выяснилось, что с 2016 по 2019 год объект потускнел более чем в 100 раз, а к 2023-му стал полностью невидимым в оптическом диапазоне. В 2022 году «Хаббл» не увидел звезду в оптическом диапазоне, однако зафиксировал крайне слабый источник в ближнем инфракрасном. Наблюдения, проведенные с помощью телескопов Keck и IRTF (Infrared Telescope Facility), подтвердили наличие тусклого остатка.
Основным аргументом в пользу «несостоявшейся» сверхновой стало отсутствие признаков полноценного взрыва: ни один обзор не зафиксировал яркой вспышки, характерной для выброса оболочки при коллапсе ядра. При этом суммарная светимость M31-2014-DS1 — то есть излучение во всех диапазонах — упала более чем в 10 тысяч раз примерно за тысячу дней. Объяснить такое «поведение» пылевым затмением нельзя: если бы оно закрыло собой звезду, энергия перераспределилась бы в инфракрасный диапазон, а общая светимость осталась бы прежней.
Затем, смоделировав сценарий слабого ударного импульса с энергией на четыре порядка меньше типичной сверхновой, астрономы обнаружили, что наружу выбрасывается небольшая часть оболочки, а остальное вещество падает обратно, формируя черную дыру массой около пяти солнечных. Выходит, в первые годы после коллапса вещество могло активно падать на новорожденную черную дыру, поддерживая ее слабое свечение.
Результаты исследования, представленного в журнале Science, во многом напоминают историю еще одного кандидата в «несостоявшиеся» сверхновые — объект NGC 6946-BH1. Новые данные позволяют объединить оба события в единую картину: коллапс массивных светил, частично лишенных водородной оболочки, может приводить к «тихому» рождению черных дыр. По оценкам, доля подобных объектов может быть значительной, что важно для понимания химической эволюции галактик.
Если выводы научной группы верны, то часть космических «монстров» во Вселенной возникает почти незаметно — звезды просто исчезают, не оставляя после себя яркого финального взрыва.