Астрономы впервые проследили гибель массивной звезды с самого первого момента взрыва

Международная группа астрономов смогла зафиксировать гибель массивной звезды практически с самого начала её взрыва, зарегистрировав первый всплеск излучения, возникающий при рождении сверхновой. Наблюдения позволили в беспрецедентных деталях восстановить последние этапы жизни звезды и показали, что такие объекты могут завершать своё существование гораздо более разнообразными способами, чем считалось ранее.

В марте 2026 года космическая обсерватория Einstein Probe обнаружила короткую вспышку мягкого рентгеновского излучения, пришедшую из галактики, расположенной примерно в 500 миллионах световых лет от Земли. Источник получил обозначение EP260321a и сразу же стал объектом международной кампании наблюдений. Уже менее чем через час наземные телескопы начали следить за ним и обнаружили быстро увеличивающуюся в яркости сверхновую, позднее получившую обозначение SN 2026gzf.

Исследованием независимо друг от друга занимались две научные группы под руководством Брендана О'Коннора из Университета Карнеги — Меллона и Джиллиан Растинеджад из Университета Мэриленда. Для наблюдений они использовали сразу несколько инструментов NSF NOIRLab и других крупнейших мировых обсерваторий.

Обе команды пришли к одному и тому же выводу: зарегистрированный Einstein Probe рентгеновский сигнал представляет собой так называемый «прорыв ударной волны». Это самый первый свет сверхновой, возникающий в момент, когда мощная ударная волна, вызванная коллапсом звезды, достигает её поверхности и вырывается наружу.

Хотя подобные события должны сопровождать практически каждый взрыв сверхновой, наблюдать их чрезвычайно сложно, поскольку они продолжаются всего от нескольких секунд до нескольких часов. За последние два десятилетия астрономам удалось с уверенностью зарегистрировать лишь ещё один подобный рентгеновский прорыв ударной волны, поэтому открытие EP260321a стало исключительно редким событием.

Дальнейшие наблюдения показали, что SN 2026gzf относится к редкому типу сверхновых Ic-BL — сверхновых с широкими спектральными линиями. Обычно такие взрывы сопровождаются образованием релятивистских струй вещества, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, а также мощными гамма-всплесками — самыми яркими взрывами во Вселенной.

Однако новая сверхновая нарушила привычную картину. Несмотря на высокую энергию самого взрыва, зарегистрированный прорыв ударной волны оказался самым слабым из когда-либо наблюдавшихся для сверхновой этого типа. Кроме того, учёные не обнаружили никаких признаков гамма-всплеска или релятивистской струи, которые обычно сопровождают подобные события.

По словам исследователей, одним из возможных объяснений может быть то, что формировавшаяся струя оказалась «задушенной», не сумев прорваться наружу из-за внешних слоёв звезды или плотного вещества, окружавшего её перед гибелью.

Для изучения сверхновой команда О'Коннора использовала камеру Dark Energy Camera (DECam), установленную на 4-метровом телескопе имени Виктора Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. Учёные получили глубокие изображения объекта по мере роста его яркости и достижения максимальной светимости.

Особую ценность представляли архивные снимки DECam, сделанные за десять лет до взрыва. На них в той же точке галактики уже присутствовал яркий голубой источник. По мнению исследователей, он отражает либо область интенсивного звездообразования, либо признаки активности звезды-предшественницы непосредственно перед её гибелью.

Дополнительную информацию предоставила обсерватория имени Веры Рубин, поскольку сверхновая вспыхнула внутри одного из её глубоких обзорных полей COSMOS Deep Drilling Field. Публичные данные раннего этапа работы обсерватории позволили проследить изменения яркости объекта сразу в нескольких диапазонах длин волн и выявить признаки активности системы незадолго до взрыва. Благодаря высокой чувствительности и частоте наблюдений Rubin Observatory астрономы рассчитывают продолжать изучение эволюции сверхновой ещё многие годы.

Важную роль сыграл и спектроскопический инструмент DESI, установленный на 4-метровом телескопе Николаса Майалла. Используя свободные оптические волокна прибора, исследователи неоднократно получали спектры сверхновой и проследили изменения её спектральных характеристик во времени, окончательно подтвердив её принадлежность к классу Ic-BL.

Команда Растинеджад одновременно проводила многоволновые наблюдения с помощью спектрографов GMOS телескопов Gemini North и Gemini South, спектрографа Goodman телескопа SOAR, а также использовала данные обсерватории имени Веры Рубин, радиотелескопа Very Large Array и Паломарской обсерватории.

Эти наблюдения подтвердили отсутствие релятивистских струй и помогли восстановить структуру звезды непосредственно перед коллапсом. Учёные смогли одновременно исследовать три ключевых компонента события: рентгеновский прорыв ударной волны, саму сверхновую и взаимодействие выброшенного вещества с газом, который звезда успела выбросить ещё до своей гибели.

Анализ показал, что предшественницей сверхновой была звезда Вольфа — Райе, первоначальная масса которой примерно в двадцать раз превышала массу Солнца. Такие звёзды быстро расходуют водород, а незадолго до смерти начинают интенсивно терять вещество.

Исследователи установили, что перед взрывом звезда переживала нерегулярные эпизоды потери массы, полностью избавившись от своих оболочек из водорода и гелия. В результате осталось компактное ядро, состоящее главным образом из углерода и кислорода. Выброшенное ранее вещество сформировало вокруг неё несколько оболочек. Близкая компактная оболочка породила зарегистрированный рентгеновский сигнал, тогда как более протяжённая и асимметричная оболочка отвечала за оптическое излучение сверхновой.

По словам авторов работы, впервые удалось настолько подробно восстановить окружение звезды, полностью лишившейся водородной и гелиевой оболочек ещё до своего взрыва. В дальнейшем астрономы рассчитывают наблюдать больше подобных прорывов ударной волны, чтобы выяснить, проходят ли все такие звёзды одинаковые этапы перед коллапсом или существуют различные сценарии их эволюции.

SN 2026gzf стала своеобразным промежуточным звеном между обычными сверхновыми и наиболее экстремальными космическими взрывами, сопровождаемыми маломощными гамма-всплесками. Полученные результаты показывают, что даже самые энергичные сверхновые типа Ic-BL не всегда рождают гамма-всплески, релятивистские струи и длительное послесвечение, а значит массивные звёзды могут завершать свою жизнь значительно большим числом различных путей, чем предполагали современные модели.

Работа также демонстрирует растущие возможности современной астрономии переменных объектов. Благодаря совместной работе космической обсерватории Einstein Probe, объектов NSF NOIRLab и многочисленных партнёрских телескопов по всему миру исследователям удалось практически в реальном времени проследить редчайший космический взрыв и восстановить его историю с беспрецедентной детализацией.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.