Гигантская звезда могла полностью самоуничтожиться в редчайшем космическом взрыве

Астрономы, возможно, зафиксировали один из самых убедительных примеров редчайшего типа космического взрыва — так называемой пары-нестабильной сверхновой, при которой массивная звезда полностью уничтожает себя без остатка. Результаты исследования с описанием объекта SN 2023vbw были опубликованы на сервере препринтов arXiv 15 мая и основаны на детальном анализе наблюдений и моделировании этого необычного события.

Сверхновая SN 2023vbw была впервые обнаружена в октябре 2023 года с помощью установки Zwicky Transient Facility. Взрыв произошёл на окраине небольшой карликовой галактики с низким содержанием тяжёлых элементов, находящейся примерно в 1,3 миллиарда световых лет от Земли. Первоначально объект классифицировали как сверхновую типа II — результат коллапса массивной звезды после исчерпания термоядерного топлива, однако дальнейшие наблюдения показали, что его поведение существенно отклоняется от стандартной картины.

Главной аномалией стала кривая блеска SN 2023vbw. В отличие от типичных сверхновых типа II, которые демонстрируют характерное плато яркости, этот объект после начальной фазы охлаждения начал постепенно и стабильно увеличивать яркость, достигнув максимума примерно через 190 дней после взрыва. Затем последовало быстрое падение светимости в интервале от 190 до 230 дней, после чего кривая перешла в медленно затухающую «хвостовую» фазу. Общая излучённая энергия события оценивается примерно в 3 × 10^50 эрг, что более чем в десять раз превышает энерговыделение обычной сверхновой типа II.

Дополнительные наблюдения показали, что во время роста яркости температура оболочки оставалась почти постоянной, в то время как внешние слои продолжали расширяться. Такое поведение указывает на наличие мощного внутреннего источника энергии, который поддерживает излучение на протяжении длительного времени, что не характерно для стандартных сценариев коллапса ядра. На более поздних стадиях в спектре появились редкие эмиссионные линии, а в фазе затухания линии водорода приобрели многокомпонентную структуру с красным смещением, что указывает на взаимодействие выброшенного вещества с дискообразной оболочкой материала, ранее потерянного звездой.

Моделирование показало, что наиболее вероятным источником взрыва была чрезвычайно массивная голубая сверхгигантская звезда. По форме кривой блеска SN 2023vbw напоминает сверхновую SN 1987A, также произошедшую от голубого сверхгиганта, однако новый объект значительно ярче и развивается на более длительных временных масштабах, что указывает на существенно большую массу предшественника. Оценки показывают, что масса выброшенного вещества могла составлять от 170 до 350 солнечных масс, а кинетическая энергия взрыва превышала типичную энергию коллапса железного ядра в 60–130 раз.

Низкая металличность среды, составляющая примерно одну десятую солнечной, соответствует теоретическим условиям, при которых могут возникать пары-нестабильные сверхновые. Согласно этой модели, в ядрах сверхмассивных звёзд при экстремальных температурах образуются пары электрон–позитрон, что снижает давление излучения и приводит к неконтролируемому термоядерному взрыву, полностью уничтожающему звезду без образования нейтронной звезды или чёрной дыры. Теоретически этому сценарию соответствуют звёзды с начальной массой порядка 140–260 солнечных масс.

Исследователи также предполагают, что голубой сверхгигант мог сформироваться в результате слияния двух массивных звёзд в двойной системе. Это могло бы объяснить наличие плотной дискообразной оболочки, с которой взаимодействовали выброшенные слои вещества. При этом учёные отмечают, что остаются существенные неопределённости относительно эволюции сверхмассивных звёзд и момента, когда подобные слияния могут происходить.

Благодаря сравнительно небольшой по космическим масштабам дистанции SN 2023vbw остаётся доступной для дальнейших наблюдений в разных диапазонах, что позволит уточнить историю потери массы предшественника и механизмы нуклеосинтеза во время взрыва. В будущем такие объекты, как ожидается, будут обнаруживаться десятками и сотнями благодаря обзорам, проводимым с помощью Обсерватории имени Веры Рубин и Космического телескопа имени Нэнси Грейс Роман, что даст возможность глубже понять эволюцию самых массивных звёзд во Вселенной.

Наблюдения SN 2023vbw, по мнению авторов работы, могут стать ключевым шагом к подтверждению существования пары-нестабильных сверхновых и уточнению границ масс звёзд, которые завершают свою жизнь подобным катастрофическим образом.