Международная обсерватория «Gemini» и SOAR обнаружили удивительную связь между быстрыми рентгеновскими вспышками и взрывной гибелью массивных звёзд

Беспрецедентное исследование ближайшей сверхновой, связанной с быстрым рентгеновским транзиентом, стало прорывом в понимании того, как взрываются звёзды размером больше нашего Солнца.

Используя комбинацию телескопов, в том числе Международную обсерваторию Джемини, частично финансируемую Национальным научным фондом США и управляемую лабораторией NSF NOIRLab, а также телескоп SOAR в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили, программу NSF NOIRLab, астрономы описали ближайшую сверхновую, связанную с быстрым рентгеновским транзиентом. Наблюдения показывают, что эти яркие вспышки рентгеновского излучения могут быть результатом «неудачной» взрывной гибели массивной звезды.

С момента своего первого обнаружения мощные вспышки рентгеновского излучения в далёких галактиках, известные как быстрые рентгеновские транзиенты (БРТ), озадачивали астрономов. БРТ исторически были трудноуловимыми явлениями, возникающими на огромных расстояниях от Земли и длящимися от нескольких секунд до нескольких часов. Einstein Probe (EP), запущенный в 2024 году, предназначен для наблюдения за временными явлениями в рентгеновском диапазоне и меняет правила игры для астрономов, стремящихся понять происхождение этих экзотических явлений.

В январе 2025 года EP сообщила астрономам о ближайшем к Земле известном на тот момент FXT, получившем название EP 250108a. Его близость к Земле (2,8 миллиарда световых лет) предоставила беспрецедентную возможность для детального наблюдения за развитием события.

После первоначального обнаружения EP 250108a большая международная группа астрономов приступила к работе, чтобы зафиксировать его сигнал на разных длинах волн. Спектрограф FLAMINGOS-2 на телескопе «Gemini South», одной из половин Международной обсерватории «Gemini», предоставил данные в ближнем инфракрасном диапазоне, а многообъектный спектрограф «Джемини» (GMOS) на телескопе « Gemini North» предоставил данные в оптическом диапазоне. Благодаря возможностям Gemini по быстрому реагированию команда смогла оперативно определить местоположение EP 250108a, где они обнаружили сияющие следы взрывной гибели массивной звезды, известной как сверхновая.

Проанализировав быстро меняющийся сигнал EP 250108a за первые шесть дней после первоначального обнаружения, команда пришла к выводу, что этот FXT, скорее всего, является «неудачной» разновидностью гамма-всплеска (GRB). GRB — это самые мощные взрывы во Вселенной, которые, как было замечено, предшествуют сверхновым. Во время этих событий мощные гейзеры высокоэнергетических частиц вырываются из внешних слоёв звезды, когда она коллапсирует. Эти джеты движутся почти со скоростью света, и их можно обнаружить по гамма-излучению.

EP 250108a выглядит как взрыв, вызванный выбросом вещества, но в этом случае вещество не прорывается через внешние слои умирающей звезды, а остаётся внутри. Когда вещество не может вырваться наружу, оно замедляется, и его кинетическая энергия преобразуется в рентгеновское излучение, которое регистрирует «Эйнштейн зонд».

«Эта сверхновая FXT почти неотличима от прошлых сверхновых, которые следовали за гамма-всплесками» говорит Роб Эйлс-Феррис, научный сотрудник Университета Лестера и ведущий автор одной из двух дополнительных статей. «Наши наблюдения за ранними стадиями эволюции EP 250108a показывают, что взрывы массивных звёзд могут приводить к обоим явлениям».

Хотя эти наблюдения на ранней стадии дают представление о механизмах, лежащих в основе FXT, для определения характеристик звезды-прародительницы необходим более длительный мониторинг события. Поэтому команда продолжила наблюдение за EP 250108a после первых шести дней, наблюдая за тем, как ослабевает излучение захваченной струи и в спектрах начинает преобладать оптический сигнал от связанной с ней сверхновой SN 2025kg.

«Сами по себе рентгеновские данные не могут сказать нам, какие явления привели к образованию FXT», говорит Джиллиан Растинежад, аспирантка Северо-Западного университета и ведущий автор второй сопутствующей статьи. «Наша кампания по оптическому мониторингу EP 250108a сыграла ключевую роль в выявлении последствий образования FXT и сборе информации о его происхождении».

В месте расположения EP 250108a команда наблюдала повышение оптической яркости, которое длилось несколько недель, а затем яркость снизилась. Кроме того, в спектрах наблюдались широкие линии поглощения. Эти характеристики указывают на то, что FXT связан с сверхновой типа Ic с широкими линиями.

Наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью 4,1-метрового телескопа Южного астрономического исследовательского института (SOAR) в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо (CTIO) в Чили помогли определить пиковую яркость сверхновой и получить больше информации о том, как выглядела звезда-прародительница. По оценкам команды, звезда, смерть которой привела к появлению EP 250108a и связанной с ней сверхновой, была в 15–30 раз массивнее Солнца.

«Наш анализ однозначно показывает, что FXT могут возникать в результате взрывной гибели массивной звезды», — говорит Растинежад. «Это также подтверждает причинно-следственную связь между сверхновыми типа GRB и сверхновыми типа FXT, при которой GRB возникают в результате успешных выбросов, а FXT — в результате неудачных или слабых выбросов».

В сопутствующих статьях команды представлен наиболее подробный на сегодняшний день набор данных о сверхновой, сопровождающей FXT в EP. Их совместный анализ показывает, что «неудачные» джеты, связанные с FXT, чаще встречаются при взрывах массивных звёзд, чем «успешные» джеты, связанные с гамма-всплесками. С момента запуска EP FXT обнаруживались несколько раз в месяц. В то же время гамма-всплески исторически наблюдались редко, примерно раз в год.

«Это открытие знаменует собой более глубокое понимание разнообразия способов гибели массивных звёзд и указывает на необходимость более тщательного изучения всего процесса звёздной эволюции» — говорит Эйлс-Феррис.

Представления астрономов о звёздах значительно расширятся благодаря будущей Обсерватории Веры К. Рубин Национального научного фонда и Министерства энергетики США, финансируемой Национальным научным фондом и Управлением науки Министерства энергетики США (DOE/SC). Десятилетний проект Legacy Survey of Space and Time (LSST) предоставит астрономам огромное количество подробных данных о звёздных взрывах в реальном времени, что позволит изучить внутреннее устройство вспышек сверхновых и многих других экзотических звёздных событий.

«Международная обсерватория Gemini сочетает в себе возможности быстрого реагирования и высочайшую в мире чувствительность к слабым и удалённым источникам», — говорит Мартин Стилл, директор программы Национального научного фонда по созданию Международной обсерватории Джемини. «Это позволяет обсерватории Джемини стать главным инструментом для отслеживания взрывных событий, о которых сообщают детекторы гравитационных волн и частиц, а также для космических исследований и предстоящего проекта Legacy Survey of Space and Time, реализуемого обсерваторией Веры К. Рубин Национального научного фонда и Министерства энергетики США».

Источник: Международная обсерватория «Джемини»/NOIRLab/Национальный научный фонд/AURA

Благодарности: руководитель проекта: Дж. Растинеджад (Северо-Западный университет)

Обработка изображений: Дж. Миллер и М. Родригес (Международная обсерватория «Джемини»/NOIRLab Национального научного фонда), М. Замани (NOIRLab Национального научного фонда)

На изображении:

На этом изображении показано космическое поле, в котором быстрый рентгеновский переходный процесс EP 250108a и последовавшая за ним сверхновая были обнаружены зондом Эйнштейна (EP) в начале 2025 года.

Источник: vk.com

Комментарии: