Длительный гамма-всплеск может быть сигналом нового типа космической катастрофы

Фото из открытых источников

Вспышки света, доносящиеся из далёкого космоса, называются гамма-всплесками (ГВ), и представляют собой самые яркие и мощные космические взрывы со времён Большого взрыва, но они недолговечны. Вызванные коллапсом гигантской звезды в чёрную дыру, они длятся всего несколько секунд или минут. Поэтому 2 июля, когда космический гамма-телескоп «Ферми» НАСА зафиксировал ГВ, длившийся около 7 часов, прежде чем затухнуть, наблюдатели задавались вопросом, не наблюдают ли они совершенно новое явление.

«По сути, это просто не похоже на наблюдаемые нами объекты этой категории», — говорит астрофизик Дэниел Перли из Ливерпульского университета имени Джона Мурса. В более чем полудюжине препринтов, опубликованных в интернете на прошлой неделе, исследователи описывают наблюдение за всплеском, известным как GRB 250702B, который распространялся по всему электромагнитному спектру, от гамма-излучения до радиоволн. В статьях также высказывается предположение о необычном источнике этого необычного всплеска. Одна из провокационных идей — чёрная дыра, погружающаяся в сердце другой звезды и разрывающая её изнутри.

Гамма-всплески (ГВ) были впервые обнаружены в 1960-х годах американскими спутниками-шпионами, которые искали незаконные испытания ядерного оружия. Лишь в конце 90-х годов астрономы связали их со сверхновыми — взрывами, производимыми умирающими массивными звездами. Когда у такой звезды заканчивается термоядерное топливо, ее ядро внезапно коллапсирует в черную дыру, и часть материала из внешних слоев звезды стягивается в диск. Закрученные магнитные поля направляют часть этого материала в плазменные струи, которые вырываются из полюсов черной дыры. Когда струи вырываются со скоростью, близкой к скорости света, они производят короткие пучки гамма-лучей — самого энергичного вида света. Если луч случайно направлен в сторону Земли, импульс гамма-лучей ослепляет наблюдателей.

Когда космический гамма-всплеск Fermi впервые увидел GRB 250702B, астрономы думали, что эти продолжительные гамма-лучи могли возникнуть в более спокойном процессе в Млечном Пути, выглядя такими яркими только потому, что их источник находится близко к Земле. Но европейский Очень Большой Телескоп и космический телескоп Хаббл вскоре обнаружили слабое инфракрасное «послесвечение» в далекой галактике, которую обсерватория JWST НАСА оценила в миллиардах световых лет от нас. Сигнал GRB также содержал своеобразные пики, как будто световой луч пульсировал. «Он очень необычен по своей продолжительности, немного необычен для своего окружения, а затем эта странная периодичность, я думаю, выделяет его», — говорит астрофизик Брайан Метцгер из Колумбийского университета, который, как и Перли, не принимал участия в исследованиях. 

Основываясь на этом пульсирующем ритме, некоторые теоретики предполагают, что GRB 250702B произошёл, когда звезда начала слишком близко вращаться по своей орбите вокруг чёрной дыры схожего размера, что позволило чёрной дыре сбрасывать звёздный материал при каждом проходе. Диск вокруг чёрной дыры, пополняемый на каждой орбите, мог производить множественные всплески гамма-излучения. Метцгер видит проблемы в этом сценарии. «Даже если центральный двигатель был идеально периодическим, не так очевидно, что сами гамма-лучи должны быть такими», — говорит он, отмечая, что GRB «чрезвычайно беспорядочны».

Некоторые исследователи полагают, что сверхмассивные чёрные дыры, скрывающиеся в недрах галактик, также могут производить продолжительные гамма-всплески. Когда звезда подходит слишком близко к такой гигантской чёрной дыре, она может разорваться, вызывая впечатляющее световое шоу, а иногда и джет. Считается, что именно этот механизм ответственен за источник, наблюдавшийся в 2011 году, который дал четыре гамма-всплеска в течение двух дней.

Но этот сценарий не может объяснить GRB 250702B. Его послесвечение явно находилось не в центре галактики, а дальше, что позволило некоторым предположить уничтожение звезды чёрной дырой среднего размера, что могло произойти где-то на окраинах галактики. Однако яркость гамма-излучения менялась так быстро, примерно каждую секунду, что источник должен был быть более компактным.

Это привело некоторых теоретиков к рассмотрению, пожалуй, самого необычного сценария из всех: черная дыра, разрывающая изнутри другую звезду. Эта модель начинается с черной дыры звездной массы и большой звезды, вращающихся друг вокруг друга. Когда звезда сжигает все свое водородное топливо, у нее остается плотное гелиевое ядро и внешняя оболочка, которая раздувается. Эта оболочка может тянуть черную дыру, заставляя ее вращаться по спирали и в конечном итоге падать в гелиевое ядро. Оказавшись там, она разрывает ядро, что подпитывает мощный, долгоживущий джет. «Это явление похоже на гамма-всплеск, но оно допускает более длительный масштаб времени», — говорит Перли.

Перли говорит, что пока рано предсказывать, какое объяснение окажется наиболее убедительным. «Нельзя сказать, что существует какой-либо консенсус», — говорит он. «Нам нужно подождать и посмотреть, как всё сложится по мере рецензирования этих статей». Но GRB 250702B теперь исчезает из виду. Астрономам, возможно, придётся жить с этой загадкой до следующего продолжительного катаклизма, который даст новые ответы.