Черная дыра врезается в звезду и «пожирает» ее изнутри, вызывая сверхмощный всплеск гамма-излучения

Астрономы зафиксировали необычный гамма-всплеск, который, по их мнению, может быть следствием погружения черной дыры в звезду и её «пожирания» изнутри. Это событие, в частности, длилось рекордные семь часов и обладает другими необычными свойствами, которые исключают все иные сценарии, такие как слияние нейтронных звезд. Эти результаты могут предоставить уникальное представление о сложной эволюции двойных систем в подобных экстремальных случаях.

Гамма-всплески, впервые обнаруженные в 1990-х годах американскими спутниками-шпионами, следящими за возможными незаконными ядерными испытаниями, являются одними из самых энергетически мощных и ярких явлений во Вселенной. Лишь к концу того десятилетия астрономы поняли, что их источником может быть либо коллапс массивных звезд, так называемых «коллапсаров», либо слияние нейтронных звезд.

Когда массивная звезда истощает свое топливо, её ядро коллапсирует в черную дыру, а часть вещества из внешних слоев образует аккреционный диск. Вихревые магнитные поля направляют это вещество, генерируя мощные струи плазмы, выброшенные от полюсов черной дыры. Двигаясь со скоростью, близкой к скорости света, эти струи производят короткие пучки высокоэнергетических гамма-лучей.

Гамма-всплески от слияния нейтронных звезд происходят, когда два светила в двойной системе теряют энергию в виде гравитационных волн перед столкновением. Эта встреча выбрасывает плотное и горячее вещество, порождая взрыв, называемый «килоновой», который, в свою очередь, производит мощные струи гамма-лучей. Другие экзотические и гипотетические явления, такие как магнитары — сильно намагниченный тип нейтронных звезд, — также рассматривались в качестве возможных источников.

Однако большинство обнаруженных до сих пор гамма-всплесков длятся всего несколько секунд или минут и связаны со слиянием нейтронных звезд. Более редкие всплески большей длительности связаны с коллапсарами. Обнаруженный второго июля этого года гамма-всплеск GRB 250702B не соответствует ни одному из известных случаев.

«С наблюдательной точки зрения, он просто не похож на другие явления в этой категории, которые мы наблюдали», — объясняет астрофизик Дэниел Перли из Ливерпульского университета Джона Мурса. В статье, опубликованной на платформе препринтов arXiv, международная группа исследователей выдвигает оригинальную гипотезу для объяснения необычных свойств GRB 250702B: черная дыра, погружающаяся в сердцевину звезды.

GRB 250702B был впервые зафиксирован монитором гамма-всплесков Fermi (Fermi-GBM) NASA, который регистрировал сигналы от одного источника в течение примерно трех часов. Сравнив эти данные с информацией от рентгеновского телескопа широкого поля Einstein Probe (EP) и российского гамма-спектрометра КОНУС-ВИНД, исследователи пришли к выводу, что общая продолжительность всплеска составила около 25 000 секунд, что является рекордом.

Помимо исключительной продолжительности, команда идентифицировала необычно высокий пик энергии, а также минимальное время переменности около одной секунды, или даже 0,5 секунды в системе покоя источника. Минимальное время переменности позволяет оценить массу объекта, вызвавшего явление. По мнению исследователей, эти характеристики не соответствуют ни одному из предложенных до сих пор сценариев, объясняющих происхождение гамма-всплесков.

Модель коллапсара, например, не подходит из-за исключительной продолжительности явления. Хотя такие объекты и могут генерировать длительные гамма-всплески, верхний предел устанавливается вращением звезды. Рентгеновские двойные системы и другие галактические источники также исключены, поскольку энергия фотонов GRB 250702B — порядка 10 МэВ — значительно превышает то, что они могут производить.

Точно так же ни магнитары, ни слияние нейтронных звезд не могут объяснить всплеск такой длины. Гипотеза о сверхмассивной черной дыре в центре галактики также отвергнута: данные указывают, что если GRB 250702B и произошел в далекой галактике, его источник не находится в её центре.

По мнению команды, наиболее вероятным сценарием является так называемая «модель слияния гелия», при которой черная дыра скромных размеров погружается внутрь коллапсирующей звезды, разрушая её изнутри. Два объекта изначально образуют двойную систему, где звезда, истощая свое топливо, расширяется, сжигая последние запасы гелия и водорода.

Это расширение нарушает орбиту её компаньона, черной дыры, вызывая её падение в звезду. Оказавшись внутри звезды, черная дыра «пожирает» её ядро и накапливает гелий из него в своем аккреционном диске. Этот диск производил бы магнитные поля, достаточно мощные, чтобы породить гамма-всплеск, в то время как его вязкость генерировала бы сильные ветры. Это экстремальное взаимодействие привело бы к взрыву звезды как сверхновой и высвобождению огромного количества энергии в течение продолжительного периода. Команда надеется наблюдать другие подобные явления, чтобы подтвердить свою гипотезу, используя, в частности, телескоп Веры Рубин и его обзор LSST.