Вперше в історії астрономи зафіксували, як мертва зірка колапсувала у чорну діру

Астрономи вперше простежили повний процес перетворення зорі на чорну діру без вибуху наднової. Спостереження за об’єктом M31-2014-DS1 у галактиці Андромеди, розташованій за 2,5 млн світлових років від Землі, показали: ядро зорі колапсувало в чорну діру, а зовнішні шари поступово викидалися назовні. Результати дослідження опубліковані в журналі Sci­ence.

Команда під керівництвом Кішалая Де з Flat­iron Insti­tute проаналізувала дані NASA NEOWISE та інших телескопів за 2005–2023 роки. У 2014 році інфрачервоне випромінювання зорі почало зростати, а вже у 2016-му вона різко потьмяніла. До 2022–2023 років у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах зоря фактично зникла, ставши у 10 000 разів тьмянішою, залишивши лише слабке «післясвітіння» в середньому інфрачервоному.

Ілюстрація зірки, яка колапсувала, утворивши чорну діру. Чорна діра знаходиться в центрі, її не видно. Навколо неї знаходиться пилова оболонка, яка віддаляється від чорної діри, і газ, який притягується до неї. Джерело: Кіт Міллер, Каліфорнійський технологічний інститут/IPAC—SELab

Дослідники пояснюють: масивні зорі утримують рівновагу між тиском термоядерних реакцій і гравітацією. Коли паливо вичерпується, ядро стискається, утворюючи нейтронну зорю. У більшості випадків нейтрино запускають вибух наднової, але якщо ударна хвиля не виштовхує речовину, матеріал падає назад і формується чорна діра. У випадку M31-2014-DS1 саме цей сценарій і відбувся.

Окремо команда звернула увагу на поведінку зовнішніх шарів. Через конвекцію гази продовжували рухатися навіть після колапсу ядра, що спричинило поступовий викид оболонки. Лише близько 1% газу потрапив у чорну діру, решта утворила пил, який маскує гарячий газ і створює інфрачервоне світіння, що залишатиметься видимим десятиліттями.

Ці висновки допомогли переосмислити й інші спостереження, зокрема об’єкта NGC 6946-BH1. Тепер його також відносять до класу «невдалих наднових» — зоряних систем, які замість вибуху тихо колапсують у чорні діри. Нове дослідження стало найповнішим записом такого процесу й відкриває шлях до глибшого розуміння того, які зорі і як саме перетворюються на чорні діри.