Массивные звезды заканчивают жизнь по-разному. Когда у такой звезды иссякает термоядерное топливо, ее ядро может коллапсировать, что приводит к взрыву сверхновой. Иногда в результате коллапса образуется черная дыра: в таком случае вдоль оси вращения умирающей звезды возникают узкие релятивистские джеты — струи вещества и излучения, движущиеся почти со скоростью света. Речь идет о гамма-всплеске — одном из самых мощных процессов во Вселенной. За несколько секунд гамма-всплеск может выделить энергии больше, чем Солнце за всю жизнь.
Несмотря на десятилетия наблюдений, ученые до сих пор не до конца понимают, как формируются такие струи и почему они отличаются друг от друга (по длительности, происхождению, спектру). Непонятно, как именно работает механизм выброса и как свойства звезды влияют на струю.
В 1990-х физики выдвинули гипотезу, объясняющую, как может появляться один из таких джетов. В стандартной модели струя представлена релятивистским джетом, который излучает в гамма‑диапазоне. Но если в эту струю попадет материя звезды — протоны и нейтроны, — они должны затормозить поток. При таком «загрязнении» джет движется медленнее, а его спектр смещается в сторону более мягкого рентгеновского излучения. Процесс назвали «грязным взрывом». Однако до сих пор ученым не хватало данных, чтобы проверить эту гипотезу.
Международная группа астрономов под руководством Сян-Юй Ванга (Xiang-Yu Wang) из Нанкинского университета проанализировала данные, полученные космическим телескопом «Эйнштейн», и обнаружила в них странную вспышку рентгеновского излучения, которую связала с «грязным взрывом». Событие получило название EP241113a.
Предположительно, сигнал связан с далекой галактикой с активным звездообразованием, красное смещение которой оценивается примерно как z ≈ 1,53. Если оценка подтвердится, это будет означать, что свет от нее шел к Земле почти девять миллиардов лет.
Ванг отметил, что по своей энергии событие сопоставимо с энергией гамма-всплеска, но спектр излучения пришелся на рентгеновский диапазон, что сразу привлекло внимание исследователей. После начального всплеска излучение ослабло и превратилось в «свечение», которое длилось несколько часов. Затем оно постепенно угасло. Событие похоже на обычный гамма-всплеск, но главное отличие заключается в типе излучения — вместо гамма-лучей наблюдались рентгеновские.
По словам ученых, хотя астрономам известны тысячи гамма-всплесков, источник этой вспышки, скорее всего, устроен иначе. Вероятно, он связан с коллапсом массивного светила, либо это нейтронная звезда. В любом случае струя взаимодействует с этим объектом особым, пока неясным образом. Если источник — черная дыра, то у исследователей появится шанс составить более полную картину образования черных дыр по всей Вселенной.
Однако утверждать со стопроцентной вероятностью, что это действительно «грязный взрыв», рано. Сперва нужно подтвердить, что вспышка произошла именно в этой далекой галактике, подчеркнули Ван и его коллеги. Если данные подтвердятся, это станет свидетельством ранее неизвестных процессов, происходящих в самых далеких уголках Вселенной, и позволит лучше понять механизм гибели массивных звезд.
Выводы исследователей представлены на сайте препринтов arXiv.