Сверхновая SN 2023zkd и чёрная дыра: Космическая драма на расстоянии 730 миллионов световых лет

Введение: Загадочный взрыв в глубинах космоса

В июле 2023 года астрономы стали свидетелями необычного космического события — сверхновой, которая, возможно, была вызвана катастрофическим взаимодействием с чёрной дырой. Этот взрыв, названный SN 2023zkd, произошёл на расстоянии 730 миллионов световых лет и стал настоящей сенсацией в мире астрономии.

Космос полон загадок, но немногие из них так захватывающи, как взаимодействие между массивной звездой и её чёрной дырой-компаньоном. Сверхновая SN 2023zkd, обнаруженная с помощью Zwicky Transient Facility (ZTF), представляет собой редкое явление, которое переписывает наши представления о жизни и смерти звёзд. Благодаря искусственному интеллекту и передовым телескопам учёные смогли заглянуть в сердце этой космической драмы, раскрыв детали, которые ранее казались невозможными.

Как обнаружили SN 2023zkd

ZTF — это автоматизированная система наблюдения, которая сканирует небо в поисках объектов, изменяющих свою яркость. В июле 2023 года новый алгоритм искусственного интеллекта, разработанный для ZTF, зафиксировал необычные световые сигналы в галактике PS0 J154847.495+091200.90, расположенной примерно в 815 миллионах световых лет от Земли. Эти сигналы были настолько необычными, что ZTF немедленно отправил предупреждение астрономам, и начались срочные наблюдения с использованием множества телескопов.

Названная SN 2023zkd, эта сверхновая демонстрировала уникальные характеристики. В отличие от типичных сверхновых, она имела два пика яркости, разделённых примерно 240 днями, и предшествующее взрыву длительное увеличение яркости в течение четырёх лет. Эти особенности, описанные в статье в The Astrophysical Journal, сделали SN 2023zkd объектом пристального внимания.

Фото из открытых источников / На этом рисунке художника изображена массивная звезда и чёрная дыра перед взрывом сверхновой, когда форма звезды растягивается под действием гравитационных сил чёрной дыры / Melissa Weiss / CfA

Что делает SN 2023zkd особенной?

Обычно сверхновые возникают, когда массивная звезда исчерпывает своё топливо и коллапсирует под собственной гравитацией, вызывая мощный взрыв. Однако SN 2023zkd не вписывается в эту стандартную модель. Исследователи под руководством Александра Гаглиано, сотрудника Национального научного фонда по искусственному интеллекту, обнаружили, что взрыв был вызван не только внутренними процессами звезды, но и её взаимодействием с компаньоном — чёрной дырой.

Данные показывают, что за годы до взрыва звезда выбрасывала материал в окружающее пространство, создавая облако вещества. Первый пик яркости, вероятно, был вызван столкновением ударной волны сверхновой с этим материалом. Второй, более поздний пик, возник из-за взаимодействия с более плотным диском вещества, который, вероятно, сформировался из-за гравитационного влияния чёрной дыры.

«Наш анализ показывает, что взрыв был вызван катастрофическим взаимодействием с чёрной дырой-компаньоном. Это самое убедительное доказательство того, что такие тесные взаимодействия могут привести к взрыву звезды», — сказал Гаглиано в пресс-релизе Центра астрофизики Гарварда.

Роль искусственного интеллекта

Ключевым фактором в обнаружении SN 2023zkd стал искусственный интеллект. Новый алгоритм ZTF позволил выявить аномалию за месяцы до её пикового проявления, дав астрономам время для подготовки наблюдений. Это подчёркивает, как технологии меняют астрономию, позволяя улавливать редкие события в реальном времени.

«ИИ сыграл решающую роль в этом открытии, — отметила соавтор исследования, профессор Гарварда Эшли Вильяр. — Мы считаем, что это лишь начало, и подобные скрытые взрывы станут частью новой категории явлений, которые мы сможем изучать с помощью ИИ».

Как звезда и чёрная дыра создали космическую трагедию

Исследователи предполагают, что SN 2023zkd была массивной звездой с массой около 30 солнечных масс, находившейся в бинарной системе с чёрной дырой массой около 10 солнечных масс. За годы до взрыва звезда испытывала нестабильный перенос массы на чёрную дыру, что привело к выбросу материала в двух полярных вспышках, каждая из которых выбросила около двух солнечных масс. Этот процесс вызывал изменения яркости, которые наблюдались в течение четырёх лет.

В последний год перед взрывом началось ускоренное сближение звезды и чёрной дыры, вызванное усилением аккреции. Это привело к постепенному увеличению яркости, за которым последовал взрыв. Ударная волна от взрыва столкнулась с ранее выброшенным гелий-обогащённым материалом, создав первый пик яркости. Второй пик возник, когда волна достигла более плотной оболочки вещества.

Существует также альтернативная гипотеза: чёрная дыра могла полностью разрушить звезду до взрыва, а обломки, падая на аккреционный диск, создали сверхновоподобное излучение. В любом случае, чёрная дыра осталась единственным выжившим в этой космической драме.