Вспышка SN 2022esa, зафиксированная в 2022 году, относится к редкому классу Ic-CSM. Такие сверхновые отличаются тем, что на поздних стадиях в их спектре появляются узкие линии кислорода и магния — элементов, сформировавшихся в ядре массивной звезды . Долгое время считалось, что звёзды с массой более тридцати солнечных заканчивают жизнь тихо: их ядро коллапсирует в черную дыру без яркой вспышки. Наблюдения SN 2022esa эту картину изменили .
Команда Киотского университета под руководством Кейити Маэды использовала два телескопа — Seimei в Окаяме и Subaru на Гавайях. Гибкость Seimei позволила быстро классифицировать объект, а высокая чувствительность Subaru дала возможность наблюдать затухающую вспышку даже спустя год, когда её яркость упала менее чем до одного процента от первоначальной . Работа опубликована в Publications of the Astronomical Society of Japan .
Что показала кривая блеска
В кривой блеска SN 2022esa обнаружилась устойчивая периодичность — около тридцати двух дней. Период слегка увеличивался на протяжении примерно двухсот дней наблюдений . Такая строгая повторяемость возможна только в одном случае: если звезда-предшественник находилась не одна, а в паре с другим массивным объектом.
Одинокая звезда не может демонстрировать ритмичные колебания яркости. Ей не с чем взаимодействовать. В двойной системе вещество, сброшенное одной звездой, встречает на своём пути компаньона. Орбитальное движение создаёт ритм, который отражается в том, как газ распределяется вокруг пары и как он взаимодействует с выбросом сверхновой. Периодичность в тридцать два дня соответствует орбитальному периоду около года, если пересчитать на масштабы системы .
Кто был вторым
Команда Маэды рассмотрела два сценария. В первом предшественник — звезда Вольфа-Райе в паре с другой звездой Вольфа-Райе. Во втором — звезда Вольфа-Райе в паре с уже существующей черной дырой .
В обоих случаях финал один. Система из двух массивных объектов, потерявших устойчивость, коллапсирует. Если оба объекта достаточно массивны, они становятся черными дырами и остаются связанными гравитационно. Возникает двойная черная дыра — пара, которая со временем сблизится и сольётся, излучив гравитационные волны .
Звёзды Вольфа-Райе — редкие объекты. В Млечном Пути их известно около двухсот тридцати, а полная численность оценивается в одну-две тысячи. Это обнажённые гелиевые ядра первоначально массивных звёзд, потерявших водородные оболочки. Их масса составляет от пяти до пятидесяти масс Солнца, температура поверхности достигает ста тысяч кельвинов, а звёздный ветер разгоняется до трёх тысяч километров в секунду, унося до одной стотысячной массы Солнца в год.
Почему это важно
До сих пор рождение двойных черных дыр из массивных звёзд оставалось теоретической конструкцией. Наблюдения гравитационных волн фиксируют уже сливающиеся пары, но момент их образования ускользал. SN 2022esa даёт редкую возможность увидеть промежуточное звено: систему, которая ещё не стала двумя черными дырами, но уже обречена .
Исследование также показало, что коллапс массивной звезды не обязательно беззвучен. Взрыв может быть ярким в оптическом и инфракрасном диапазонах, а взаимодействие с околозвёздным веществом создаёт наблюдаемые сигналы, которые можно зафиксировать .
Работа также демонстрирует, что SN 2022esa — не уникальный случай. Авторы указывают на сходство с другими объектами, включая сверхсветящуюся сверхновую SN 2018ibb и SN 2022jli, которая стала первым примером стабильной периодической модуляции в кривой блеска . Это позволяет предположить, что класс Ic-CSM объединяет несколько каналов эволюции массивных звёзд в двойных системах.
Открытый вопрос
Если SN 2022esa действительно оставила после себя пару черных дыр, то сколько таких систем существует? И можно ли предсказать, когда они сольются?
Ответ упирается в то, насколько точно мы можем определить параметры орбиты по кратковременной вспышке, которая длится считанные месяцы. Есть и более неудобная сторона. Периодичность в тридцать два дня — это ритм, который мы видим. Но мы не видим самого компаньона. Мы не знаем, была ли это звезда, которая ещё не коллапсировала, или черная дыра, которая уже существовала. От этого зависит, сколько времени осталось до слияния: миллионы лет или миллиарды.
И пока ответа нет.
