Во вспышке самой яркой космической «коровы» заподозрили рождение магнитара или черной дыры

Астрономы открыли пятого и наиболее яркого представителя космических «коров» — необычного класса вспышек массивных звезд в финале их жизни. Предполагается, что в результате взрыва AT2020mrf образовался миллисекундный магнитар или черная дыра звездной массы, окруженная аккреционным диском, которые обеспечили высокую светимость вспышки в рентгеновском диапазоне волн. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org.

Благодаря наблюдениям за вспышками сверхновых, проведенным в последние 20 лет, астрофизики выяснили, что пути гибели массивных звезд удивительно разнообразны. Особый интерес представляет группа оптических транзиентов FBOT (Fast Optical Blue Transient), связываемых со вспышками сверхновых, которые были открыты всего несколько лет назад. Они характеризуются быстрым увеличением яркости (менее 12 дней до пика), мощным потоком оптического излучения и голубым цветом. Однако их сложно изучать и регистрировать из-за быстрого падения яркости, что удалось исправить благодаря обзорам неба при помощи автоматических систем телескопов. В настоящее время ученые выделяют три различных подтипа FBOT: субяркие сверхновые типа Ib/IIb с сорванной оболочкой, яркие сверхновые типа IIn/Ibn/Icn и наиболее яркие и кратковременные (менее 2,5 дней до пика) вспышки, названные «коровами» — в честь транзиента AT2018cow, открытого системой ATLAS в 2018 году.

Всего вспышек типа «коровы» было открыто четыре штуки, они характеризуются огромной светимостью, которая достигает 10⁴³ эрг в секунду, и были найдены в маломассивных звездообразующих галактиках. Высокая светимость указывает на существование плотного околозвездного вещества, что говорит о значительной потере массы звездой-прародителем перед взрывом. Природа подобных вспышек до сих пор не понятна, однако быстрая переменность потока мягкого рентгеновского излучения предполагает существование центрального источника энергии (центрального двигателя), которым может быть компактный объект или ударные волны.

Группа астрономов во главе с Юйхань Яо (Yuhan Yao) из Калифорнийского технологического института, в которую вошли российские астрофизики, сообщила от открытии новой вспышки типа «коровы», которой стал оптический транзиент AT2020mrf (или SRGe J154754.2+443907). Первоначально он был обнаружен наземной системой телескопов ZTF (Zwicky Transient Facility) 12 июня 2020 года, 14 июня вспышку увидела система ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System). В период с 21 по 24 июля 2020 года AT2020mrf наблюдался рентгеновским телескопом eROSITA, установленным на российско-немецкой орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», который вел второй обзор всего неба. В исследованиях транзиента приняли также участие обсерватория Кека, телескоп «Субару» и ряд других наземных оптических телескопов, радиотелескопы VLA и GMRT и космические рентгеновские обсерватории Chandra, Swift и XMM-Newton.

AT2020mrf стал самым ярким представителем класса «коров», пик яркости вспышки был достигнут уже через 3,7 дня после ее начала. AT2020mrf вспыхнула в галактике со значением красного смещения z=0,1353, обладающей звездной массой 10⁸ масс Солнца и удельной скоростью звездообразования 10^–10 масс Солнц в год, что подтверждает идею о том, что вспышки, подобные AT2018cow, преимущественно происходят в карликовых галактиках.

AT2020mrf продемонстрировал любопытное поведение в рентгеновском диапазоне волн. Данные eROSITA, полученные через 35–37 дней после начала вспышки, выявили поток рентгеновского излучения с энергией квантов 0,3–10 килоэлектронвольт и светимостью 2×10⁴³ эрг в секунду, что примерно в 20 раз больше, чем у AT2018cow. При этом форма рентгеновского спектра и изменчивость потока излучения напоминали первого представителя «коров». Через 328 дней после вспышки AT2020mrf попал в поле зрения телескопа «Чандра», который определил, что светимость источника составляет 10⁴² эрг в секунду, что более чем в 200 раз больше, чем у AT2018cow и CSS161010. В то же время поток рентгеновского излучения оставался переменным.

Светимость AT2020mrf в радиодиапазоне составила 1,2×10³⁹ эрг в секунду на 261 день после вспышки, что похоже на другие «коровы» и может быть объяснено синхротронным излучением от взаимодействия между ударными волнами и плотной околозвездной средой. Что же касается рентгеновского излучения AT2020mrf, то в качестве центрального двигателя могут выступать два объекта, рожденные в результате взрыва массивной звезды: молодой миллисекундный магнитар (нейтронная звезда с магнитным полем на уровне 1,4×10¹⁴ гауссов) или черная дыра звездной массы, окруженная аккреционным диском.

Открытие AT2020mrf подтверждает идею о том, что «коровы», наряду с длинными гамма-всплесками и вспышками типа SLSN-I, представляют собой отдельный класс взрывов массивных звезд, где большую роль играет центральный двигатель. Интересно, что все эти три класса взрывов чаще всего происходят в карликовых галактиках, возможно определенную роль в таких вспышках может играть низкая металличность звезд-прародителей. Ученые надеются, что в ближайшем будущем будут открыты новые представители как транзиентов типа FBOT, так и новые космические «коровы».

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы отыскали родственников «коров», одного из которых назвали «коалой».

Александр Войтюк