Астрономы, возможно, только что зафиксировали невиданную ранее «сверхкилоновую» — двойной космический взрыв, внутри которого скрывается слияние нейтронных звёзд внутри сверхновой.
Когда очень массивные звёзды достигают конца своей жизни, они взрываются как сверхновые, разбрасывая по космосу такие элементы, как углерод и железо. Другой, более редкий тип взрывов случается, когда сталкиваются две нейтронные звезды — плотные остатки мёртвых звёзд. Это явление, известное как килоновая, производит ещё более тяжёлые элементы, такие как золото и уран. Эти материалы служат необходимыми ингредиентами для формирования звёзд, планет и, в конечном счёте, всего, что мы видим вокруг себя.
На данный момент учёные подтвердили лишь один явный случай килоновой. Это событие, получившее название GW170817, произошло в 2017 году в результате слияния двух нейтронных звёзд. В ходе столкновения были испущены как гравитационные волны, так и свет, что позволило исследователям наблюдать его с помощью различных методов. Гравитационные волны были обнаружены Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) Национального научного фонда и её европейским партнёром Virgo, а телескопы по всему миру зафиксировали свет от взрыва.
Новое загадочное космическое событие
Теперь же астрономы полагают, что обнаружили свидетельства второй килоновой, хотя эта ситуация далеко не проста. Событие-кандидат, названное AT2025ulz, по-видимому, связано со сверхновой, взорвавшейся всего за несколько часов до этого. Этот более ранний взрыв, возможно, скрыл ключевые детали, что значительно затрудняет интерпретацию события.
«Сначала, в течение примерно трёх дней, взрыв выглядел точно так же, как первая килоновая в 2017 году, — говорит Манси Касливал (PhD '11) из Калифорнийского технологического института (Caltech), профессор астрономии и директор обсерватории Паломар Калифорнийского технологического института, расположенной недалеко от Сан-Диего. — Все усиленно пытались наблюдать и анализировать его, но затем явление стало больше походить на сверхновую, и некоторые астрономы потеряли к нему интерес. Но не мы».
Касливал возглавила исследование, результаты которого были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters. Её команда предполагает, что это необычное явление может представлять собой нечто совершенно новое — «сверхкилоновую», то есть килоновую, вызванную взрывом сверхновой. Хотя учёные выдвигали эту гипотезу и раньше, до сих пор её никогда не удавалось наблюдать.
Гравитационные волны указывают на нечто необычное
Первые признаки этого редкого явления появились 18 августа 2025 года. Детекторы LIGO в Луизиане и Вашингтоне, а также Virgo в Италии зафиксировали новый сигнал гравитационных волн. В течение нескольких минут астрономам по всему миру было разослано предупреждение: сигнал, вероятно, исходил от двух сливающихся объектов, причём по крайней мере один из этих объектов казался необычно малым. В сообщении также указывалось примерное местоположение на небе.
«Хотя мы не были так уверены, как в случае с некоторыми другими нашими оповещениями, это быстро привлекло наше внимание как потенциально очень интригующее событие», — говорит Дэвид Рейтце, исполнительный директор LIGO и профессор-исследователь Калифорнийского технологического института. «Мы продолжаем анализировать данные, и ясно, что по крайней мере один из двух столкнувшихся объектов имеет меньшую массу, чем типичная нейтронная звезда».
Через несколько часов обсерватория Zwicky Transient Facility (ZTF) в Паломаре обнаружила тускнеющий красный источник на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет, расположенный в том же районе, откуда пришёл сигнал гравитационных волн. Первоначально объект получил название ZTF 25abjmnps, а позже ему было присвоено официальное обозначение AT2025ulz.
Сигнал, который менялся со временем
Десяток телескопов по всему миру незамедлительно приступили к наблюдению за этим явлением, в том числе обсерватория им. У. М. Кека на Гавайях, телескоп Фраунгофера в Германии, а также объекты, участвующие в программе GROWTH (Global Relay of Observatories Watching Transients Happen), возглавляемой Касливал.
Ранние наблюдения показали, что объект быстро тускнеет и светится красным светом — подобно тому, что наблюдалось в случае килоновой 2017 года. В том более раннем событии красный цвет исходил от тяжёлых элементов, таких как золото, которые поглощают синий свет и пропускают красные волны.
Однако поведение AT2025ulz вскоре изменилось. Через несколько дней после первоначальной вспышки он снова стал ярче, сдвинулся в сторону более синего света и продемонстрировал наличие водорода в своём спектре. Эти особенности типичны для сверхновой, а именно для сверхновой типа «коллапс ядра с обнажённой оболочкой», а не для килоновой. Поскольку сверхновые в отдалённых галактиках обычно не генерируют обнаруживаемых гравитационных волн, некоторые астрономы пришли к выводу, что это событие, вероятно, было обычной сверхновой, не связанной с ранее зафиксированным сигналом.
Улики указывают на возможную сверхкилоновую
Касливал и её команда заметили несколько признаков того, что это событие не вписывалось чётко ни в одну из категорий. AT2025ulz не полностью соответствовал характеристикам классической килоновой или типичной сверхновой. В то же время данные о гравитационных волнах предполагали, что по крайней мере один из сливающихся объектов имел массу меньше солнечной, что повышало вероятность участия двух необычно малых нейтронных звёзд.
Нейтронные звёзды — это плотные остатки, остающиеся после взрыва массивных звёзд. Их диаметр составляет около 25 километров, а масса обычно лежит в пределах от 1,2 до 3 масс Солнца. Некоторые теории предполагают, что могут существовать и более мелкие нейтронные звёзды, однако ни одна из них не была непосредственно обнаружена.
Учёные предложили два варианта образования таких крошечных нейтронных звёзд. В одном сценарии быстро вращающаяся массивная звезда взрывается и разделяется на две меньшие нейтронные звёзды в процессе, называемом делением. В другом, известном как фрагментация, взрыв создаёт диск из вещества вокруг коллапсирующего ядра, и сгустки в этом диске в конечном итоге образуют небольшую нейтронную звезду — подобно тому, как образуются планеты.
Скрытое столкновение внутри сверхновой
По словам соавтора Брайана Метцгера из Колумбийского университета, возможно, что две вновь образовавшиеся нейтронные звёзды могли сблизиться по спирали и столкнуться, породив килоновую, излучающую гравитационные волны. При таком сценарии взрыв изначально выглядел бы красным из-за образования тяжёлых элементов — именно это и наблюдали телескопы. Между тем обломки от более ранней сверхновой могли бы заслонить обзор, скрывая килоновую внутри себя.
Проще говоря, сверхновая, возможно, создала две новорождённые нейтронные звёзды, которые быстро слились, вызвав второй взрыв.
«Единственный процесс, который, по мнению теоретиков, способен привести к образованию нейтронных звёзд с массой меньше солнечной, — это коллапс очень быстро вращающейся звезды, — говорит Метцгер. — Если эти „запрещённые“ звёзды объединяются в пары и сливаются, излучая гравитационные волны, вполне возможно, что такое событие будет сопровождаться сверхновой, а не проявится в виде простой килоновой».
Требуются дополнительные доказательства
Хотя это объяснение звучит убедительно, исследователи подчёркивают, что оно всё ещё остаётся неопределённым. Пока нет достаточных доказательств, подтверждающих, что AT2025ulz действительно является сверхкилоновой.
Чтобы проверить эту гипотезу, астрономам необходимо обнаружить больше подобных событий. «Будущие события, связанные с килоновыми, могут не походить на GW170817 и могут быть ошибочно приняты за сверхновые», — говорит Касливал. «Мы можем искать новые возможности в данных, подобных этим, полученных от ZTF, а также от обсерватории Веры Рубин и в рамках будущих проектов, таких как космический телескоп НАСА “Нэнси Роман”, проект НАСА UVEX [под руководством Фионы Харрисон из Калифорнийского технологического института], Deep Synoptic Array-2000 Калифорнийского технологического института и Cryoscope Калифорнийского технологического института в Антарктиде. Мы не знаем наверняка, что обнаружили сверхкилоновую, но это событие, тем не менее, демонстрирует нам что-то новое».
Детали исследования и финансирование
Исследование под названием «ZTF25abjmnps (AT2025ulz) и S250818k: кандидат в сверхкилоновые, обнаруженный благодаря гравитационному импульсу с интенсивностью ниже порогового значения и энергией меньше солнечной» было профинансировано Фондом Гордона и Бетти Мур, Фондом Кнута и Алисы Валленберг, Национальным научным фондом (NSF), Фондом Симонса, Министерством энергетики США, стипендией МакУильямса для постдокторантов и Университетом Феррары в Италии. Среди других авторов из Калифорнийского технологического института — Томас Ахумада (в настоящее время работает в NOIRLab, Чили), Вирадж Карамбелкар (сейчас в Колумбийском университете), Кристофер Фремлинг, Сэм Роуз, Каустав Дас, Трейси Чен, Николас Эрли, Мэтью Грэм, Джордж Хелу и Ашиш Махабал.
ZTF Калифорнийского технологического института поддерживается NSF и международной группой партнёров, а также получает дополнительное финансирование от Фонда Хайзинга — Симонса и Калифорнийского технологического института. Данные ZTF обрабатываются и архивируются IPAC — астрономическим центром Калифорнийского технологического института.