Масивні зорі зазвичай завершують життя вибухом. Коли ядро вичерпує паливо і колапсує, назовні вириваються потоки нейтрино — субатомних частинок, — і зоря спалахує надновою, яка на короткий час може засяяти яскравіше за цілу галактику. Але зоря M31-2014-DS1 у галактиці Андромеда, розташованій за 2,5 мільйона світлових років від Землі, обрала інший сценарій. Вона не вибухнула, а просто згасла, залишивши по собі хмару гарячого газу і пилу — і, ймовірно, чорну діру.
Розгадати цю історію допомогли архівні дані місії NASA NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer), апарат якої вже виведений з експлуатації, а також спостереження інших космічних і наземних телескопів за період з 2005 по 2023 рік. Результати роботи, підтриманої програмою NASA Astrophysics Data Analysis Program, опубліковані в журналі Science.
M31-2014-DS1: як зникала зоря
Довготривалі архівні дані дозволили простежити всю історію об'єкта. У 2014 році зафіксували раптове посилення інфрачервоного випромінювання зорі. Цей сплеск не супроводжувався видимим вибухом — навпаки, у видимому світлі зоря поступово тьмяніла.
До 2023 року яскравість M31-2014-DS1 у видимому діапазоні впала більш ніж у 10 000 разів. Для порівняння: жодна класична надновая не залишає по собі такого стрімкого й водночас "тихого" згасання без спалаху.
Дослідники пов'язали інфрачервоний спалах 2014 року зі скиданням зовнішніх оболонок зорі — це сталося, коли її внутрішнє ядро вичерпало паливо наприкінці життя. Викинутий газ і пил утворили щільну оболонку навколо зорі, яку видно на ілюстраціях як товсту хмару, що оточує центральний об'єкт.
Чому не було вибуху
У звичайній наднові ударна хвиля від колапсу ядра проривається крізь зовнішні шари зорі й розкидає їх у простір. У випадку M31-2014-DS1 ця ударна хвиля виявилася занадто слабкою.
Замість того щоб виштовхнути речовину назовні, більшість матерії зорі під дією власної гравітації почала падати всередину. Гарячий щільний згусток газу продовжував стягуватися до центру, живлячи новоутворену чорну діру.
Саме цей процес астрономи називають "невдалою наднею" (failed supernova): зоря не вибухає, а практично беззвучно колапсує, перетворюючись на чорну діру. Це дає, за словами дослідників, найдетальніше на сьогодні спостереження того, як чорна діра може народитися не з феєрверку, а з тихого згасання.
Другий кандидат і що це змінює
Команда вже виявила ще одну масивну зорю, яка могла зазнати такої самої долі, що й M31-2014-DS1. Якщо це підтвердиться, дослідники отримають другий приклад подібного механізму формування чорних дір.
Наявність двох схожих випадків важлива: вона підказує, що тихе згасання зорі в чорну діру — не поодинична випадковість, а можливо, регулярний альтернативний шлях еволюції масивних зір, який раніше було складно помітити саме через відсутність яскравого вибуху.
Подальші спостереження за архівними та новими даними мають з'ясувати, наскільки поширений такий сценарій завершення життя масивних зір і скільки чорних дір у Всесвіті могли утворитися саме так — без надновиї, яку можна було б зафіксувати.
