Астрономы, тщательно изучив данные, собранные миссией NEOWISE на протяжении многих лет, нашли самые четкие известные доказательства превращения звезды непосредственно в черную дыру, без прохождения стадии взрыва сверхновой.

Астрофизики теперь хорошо знают процесс образования черных дыр звездной массы, особенно после открытия первой из них в 1973 году. Их оставляют после своей смерти массивные звезды, ярко взрываясь как сверхновые, хотя может образоваться и нейтронная звезда.

Но некоторые моделирования показывают, что во время коллапса некоторых звезд нейтрино не способны вызвать сверхновую, а вместо этого создают прямой коллапс в черную дыру. Однако найти пример оказалось сложным делом.

Хотя основной ролью NEOWISE (Широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь околоземных объектов) был поиск астероидов и комет, он также сделал снимки галактики Андромеды. Команда под руководством профессора Кишалая Де из Колумбийского университета просмотрела эти снимки и заметила нечто беспрецедентное. Начиная с 2014 года, массивная звезда, которая когда-то была одной из самых ярких в своей галактике, усилила свое свечение в инфракрасной части спектра и оставалась такой в течение двух лет. Затем она быстро погасла в видимом свете, как будто исчезла. По мнению команды, это и есть доказательство, которое искали астрономы.

«Это, пожалуй, самое удивительное открытие в моей жизни», — говорит Де. «Доказательства исчезновения звезды лежали в открытых архивных данных, и никто их не замечал годами, пока мы их не выбрали».

Звезда, о которой идет речь, получила название M31-2014-DS1. Снимки, сделанные до коллапса, указывают, что изначально ее масса была в 13 раз больше массы Солнца, что вполне соответствует типичному диапазону для сверхновых, но она излучала настолько сильные звездные ветры, что к началу инфракрасного свечения ее масса уменьшилась до пяти солнечных масс.

«Драматическое и длительное угасание этой звезды является очень необычным и свидетельствует о том, что сверхновая не произошла, что привело к коллапсу ядра звезды непосредственно в черную дыру», — рассказывает Де. «Долгое время считалось, что звезды с такой массой всегда взрываются как сверхновые. Тот факт, что этого не произошло, свидетельствует о том, что звезды с такой же массой могут взорваться или не взорваться, возможно, из-за того, как гравитация, давление газа и мощные ударные волны хаотично взаимодействуют между собой внутри умирающей звезды».

Моделирование под руководством доктора Андреа Антони из Института Флетайрон указывает на то, что конвекция является ключевым фактором в процессах, которые заставляют звезду при коллапсе выбрасывать пыль, скрывая аккреционный диск газа, падающего в черную дыру.

Некоторые астрономы считали, что этот процесс будет похож на выключение света, что затрудняет обнаружение таких событий, если только не исчезнет особенно заметная звезда. Однако в 1970-х годах модели предсказывали, что прямой коллапс будет сопровождаться инфракрасным свечением — не таким ярким, как у сверхновой, даже на соответствующих длинах волн, но все же обнаруживаемым в соседних галактиках. Это связано с тем, что сверхгигантские звезды в свои последние годы выбрасывают много пыли — как это сделала знаменитая Бетельгейзе. Энергия, излучаемая газом, который падает в черную дыру, нагревает окружающую пыль, заставляя ее излучать инфракрасный свет.

Это вдохновило Де и соавторов на поиск признаков резкого усиления инфракрасного излучения в соседних галактиках и Млечном Пути. После обнаружения поведения M31-2014-DS1 в 2014-2017 годах, более детальное исследование показало, что оно полностью соответствует прогнозам.

«В отличие от поиска сверхновых, что является легкой задачей, поскольку сверхновая затмевает всю свою галактику в течение нескольких недель, поиск отдельных звезд, которые исчезают без взрыва, является чрезвычайно сложным», — сказал Де. «Шокирует то, что массивная звезда фактически исчезла (и погибла) без взрыва, и никто не заметил этого в течение более пяти лет».

В галактике Андромеды была зафиксирована только одна сверхновая, о которой сообщили в 1885 году. Поведение M31-2014-DS1, которую можно обнаружить только с помощью инструментов, появившихся не так давно, свидетельствует о том, что либо астрономам повезло ее увидеть, либо прямой коллапс на самом деле является более распространенным способом образования черных дыр.

Исследование было опубликовано в журнале Science.