Астрономы впервые получили свидетельства поглощения планет красными карликами. На такую возможность учёные указывали и раньше, однако до сих пор убедительных наблюдательных подтверждений этому не существовало.

Красные карлики - самые распространённые звёзды в нашей Галактике. На их долю приходится около 75% всех звёзд Млечного Пути. Они значительно меньше и холоднее Солнца: их масса составляет от 8 до 60% солнечной.

В новом исследовании учёные попытались найти следы подобных космических катастроф в спектрах этих звёзд. Для этого они проанализировали данные спектроскопического обзора Gaia-ESO в поисках красных карликов с высоким содержанием лития. Реакция слияния лития-7 и протона с образованием двух ядер гелия-4 идёт при более низкой температуре по сравнению с классической реакцией горения водорода. А количество лития в звёздах изначально не велико. Поэтому, считается, что из-за полного перемешивания вещества в недрах красных карликов литий должен сравнительно быстро исчезнуть в ходе термоядерных реакций. Поэтому обнаружение этого элемента в атмосфере красного карлика может указывать на недавнее поступление вещества извне.

В результате исследователи обнаружили сразу шесть красных карликов в трёх различных звёздных скоплениях, содержащих значительно больше лития, чем предсказывают существующие модели эволюции этих звёзд. По мнению авторов работы, наиболее вероятное объяснение связано с поглощением вещества планет. Поскольку собственный литий таких звёзд давно должен был исчезнуть, даже небольшое количество материала, попавшего в звезду из окружающей планетной системы, становится хорошо заметным в спектре. Дополнительный анализ показал, что каждая из обнаруженных звёзд могла поглотить количество планетного вещества, эквивалентное массе от трёх до десяти Земель.

Пока исследователи не могут точно сказать, какие именно объекты были поглощены звёздами. Это могли быть полноценные планеты, протопланетные тела или крупные скопления вещества, оставшиеся после формирования звёздной системы. Однако результаты показывают, что подобные события действительно происходят. Учёные предполагают, что уничтожение собственных планет может оказаться довольно распространённым этапом эволюции многих планетных систем.

Астрономы, возможно, заметили крайне редкий тип взрыва звезды, так называемую парно-нестабильную сверхновую. Так называется событие, при котором очень массивная звезда полностью уничтожает себя, не оставляя ни нейтронной звезды, ни чёрной дыры.

Парно-нестабильные сверхновые должны встречаться крайне редко, поскольку порождающие их звёзды чрезвычайно массивны. В какой-то момент температура в их недрах может стать настолько высокой, что гамма-кванты начинают превращаться в пары электрон-позитрон. Из-за этого резко падает давление излучения в ядре звезды, и гравитация начинает побеждать. Начинается катастрофическое сжатие, которое запускает мощнейшую термоядерную реакцию. В результате вся звезда буквально разрывает сама себя на части. Согласно расчётам, такой судьбе должны подвергаться звёзды с начальными массами примерно от 140 до 260 масс Солнца. Считается, что звёзды, способные завершить жизнь подобным образом, должны формироваться в среде с низким содержанием тяжёлых элементов.

Сверхновую SN 2023vbw обнаружили в октябре 2023 года в ходе обзора неба Zwicky Transient Facility. Вспышка произошла на окраине небольшой карликовой галактики, расположенной примерно в 1,3 миллиарда световых лет от Земли. Первоначально вспышку классифицировали как обычную сверхновую типа II, возникающую после коллапса массивной звезды. Однако дальнейшие наблюдения показали, что объект заметно отличается от типичных представителей этого класса.

Первое, что привлекло внимание исследователей была необычная кривая блеска. Яркость сверхновой постепенно росла и достигла максимума лишь примерно через 190 суток после взрыва. Затем последовало быстрое падение светимости, после чего объект перешёл в стадию медленного затухания. Общая энергия, излучённая SN 2023vbw, составила около 3 × 10⁵⁰ эрг, что более чем в десять раз превышает показатели обычных сверхновых типа II.
Дополнительный анализ выявил ещё одну необычную особенность. Во время роста яркости температура объекта оставалась практически постоянной, хотя оболочка продолжала расширяться. Для такого поведения необходим мощный внутренний источник энергии, который трудно объяснить в рамках стандартной модели коллапса массивной звезды.

Моделирование показало, что предшественником сверхновой, вероятно, был чрезвычайно массивный голубой сверхгигант. По форме кривой блеска SN 2023vbw напоминает знаменитую сверхновую SN 1987A, однако значительно превосходит её по яркости и продолжительности вспышки. Масса выброшенного вещества оценивается в диапазоне от 170 до 350 солнечных масс, а кинетическая энергия взрыва оказалась в 60-130 раз выше максимальной энергии, которую способны обеспечить обычные сверхновые, возникающие при коллапсе железного ядра. Свойства SN 2023vbw хорошо соответствуют теоретическим моделям парно-нестабильных сверхновых.

Важным аргументом в пользу гипотезы парно-нестабильной сверхновой стала и среда, в которой произошёл взрыв. Родительская галактика отличается низким содержанием тяжёлых элементов. Именно такие условия предсказывают теоретические модели для формирования звёзд, способных завершить жизнь подобным образом.

Авторы работы также предполагают, что звезда-предшественник могла возникнуть в результате слияния двух очень массивных компонентов двойной системы. Такой сценарий естественным образом объясняет наличие плотной газовой оболочки вокруг объекта. Учёные также отмечают, что будущие обзоры неба с помощью обсерватории Веры Рубин и космического телескопа Грейс Роман могут обнаружить десятки и даже сотни подобных событий. Это позволит лучше понять эволюцию и гибель самых массивных звёзд во Вселенной.

Китайские астрономы получили новые свидетельства того, что остатки сверхновых действительно могут быть одним из главных источников галактических космических лучей. Для этого они изучили гамма-излучение, исходящее от остатка сверхновой IC 443, известного как туманность Медуза.

Космические лучи, наблюдаемые на Земле, представляют собой потоки высокоэнергетических частиц, постоянно бомбардирующих нашу планету. Их энергия может различаться в огромных пределах - от 10⁷ электронвольт (эВ) до более чем 10²⁰ эВ, что примерно соответствует кинетической энергии футбольного мяча массой 450 граммов, летящего со скоростью около 8 метров в секунду. Однако определить источник этих частиц крайне сложно. Многие космические лучи имеют электрический заряд, поэтому их траектории искажаются магнитными полями Галактики. В результате к моменту прибытия на Землю они уже не указывают на место своего происхождения.

Одними из главных кандидатов на роль природных ускорителей космических лучей давно считаются остатки сверхновых. Когда массивная звезда взрывается, её внешние оболочки выбрасываются в окружающее пространство со скоростями, достигающими нескольких процентов скорости света. Ударные волны, возникающие при этом, а также связанные с ними магнитные поля способны разгонять частицы до колоссальных энергий.

Для проверки этой гипотезы участники коллаборации LHAASO использовали одноимённую высокогорную обсерваторию в Китае. Учёные наблюдали остаток сверхновой IC 443, расположенный примерно в 5000 световых годах от Земли в созвездии Близнецов. Считается, что породившая его звезда взорвалась около 30 тысяч лет назад. Сегодня остаток сверхновой всё ещё расширяется и взаимодействует с окружающим молекулярным облаком.

Исследователей интересовало происхождение высокоэнергетических гамма-квантов, приходящих из этой области. Существуют два основных сценария их возникновения. В первом случае ударные волны сверхновой разгоняют электроны почти до скорости света. Затем эти частицы сталкиваются с фотонами окружающего излучения и передают им часть своей энергии, превращая их в гамма-кванты.

Во втором сценарии ударные волны ускоряют протоны. Сталкиваясь с веществом плотного молекулярного облака, они порождают так называемые нейтральные пионы. Это нестабильные частицы, которые практически мгновенно распадаются на гамма-кванты.

Измеренный спектр гамма-излучения позволил отличить эти механизмы друг от друга. Учёные обнаружили характерную особенность спектра, которая хорошо соответствует именно сценарию распада нейтральных пионов. Это означает, что в окрестностях IC 443 действительно происходит ускорение протонов и их взаимодействие с окружающим веществом.

Полученные данные также показали, что ударные волны остатка сверхновой способны разгонять протоны как минимум до энергий порядка нескольких сотен тераэлектронвольт. При этом признаков резкого энергетического предела обнаружено не было.

Авторы работы подчёркивают, что результаты усиливают аргументы в пользу гипотезы, согласно которой остатки сверхновых являются одним из источников галактических космических лучей. Хотя происхождение самых энергичных космических частиц по-прежнему остаётся открытым вопросом, новые наблюдения показывают, что по крайней мере часть галактических космических лучей действительно рождается в ударных волнах звёздных взрывов.

Сверхмассивные чёрные дыры располагаются в центре большинства крупных галактик. Их иногда называют космическими монстрами, потому что в активном состоянии они поглощают окружающий газ и пыль, при этом излучая огромное количество энергии. Однако новое исследование предполагает, что в некоторых случаях они могут быть не только разрушителями, но и местами рождения огромного количества планет.

Современные представления связывают образование планет с газопылевыми дисками вокруг молодых звёзд. Именно в таких дисках частицы пыли постепенно слипаются, образуя всё более крупные тела, которые со временем могут превратиться в полноценные планеты.

Похожие структуры существуют и вокруг сверхмассивных чёрных дыр в активных галактиках. Такие объекты окружены огромными дисками газа и пыли. Причём внешние области этих дисков обладают температурами и физическими условиями, напоминающими условия в протопланетных дисках молодых звёзд.

Чтобы проверить возможность формирования планет в подобных средах, группа исследователей смоделировала условия на окраинах дисков вокруг сверхмассивных чёрных дыр. Учёные учли данные о температуре, составе вещества и магнитных полях во внешних областях дисков и рассчитали основные параметры процесса образования планет.

Моделирование показало, что частицы пыли в таких условиях действительно могут объединяться в более крупные структуры, запускающие процесс формирования планет. Согласно расчётам, диски вокруг сверхмассивных чёрных дыр могут породить десятки миллионов протопланет, массами от земной, до нескольких масс Юпитера.

Авторы работы также пришли к выводу, что рост таких планет может происходить значительно быстрее, чем в обычных планетных системах. Высокая плотность вещества и сильное гравитационное поле в окрестностях активных галактических ядер позволяют молодым объектам быстро накапливать массу. В результате некоторые из них способны вырасти до размеров, намного превышающих размеры Юпитера. Согласно их расчётам, часть подобных объектов может продолжать накапливать вещество настолько эффективно, что в конечном итоге достигнет звёздных масс и превратится в полноценные звёзды.

Исследование также допускает существование необычных массивных объектов, состоящих преимущественно из пыли. Подобные тела не имеют известных аналогов в планетных системах обычных звёзд. Пока все выводы основаны исключительно на теоретическом моделировании. Для проверки предложенной гипотезы потребуются наблюдения, которые смогут подтвердить существование подобных объектов в окрестностях сверхмассивных чёрных дыр.

Астрономы впервые получили убедительные доказательства существования ветра, исходящего от сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути. Поиски этого явления продолжались более полувека.

Масса чёрной дыры Стрелец A* (Sgr A*) составляет около четырёх миллионов масс Солнца. По современным представлениям, любая активно поглощающая вещество сверхмассивная чёрная дыра должна выбрасывать некоторую его часть обратно в окружающее пространство в виде джетов или ветра. Более того, существуют свидетельства прошлых вспышек активности Стрельца A*. Тем не менее признаки существующего сейчас оттока вещества долгое время не удавалось обнаружить.

Основная проблема связана с тем, что наблюдения центра Галактики сильно затруднены. Земля находится внутри диска Млечного Пути, поэтому астрономам приходится смотреть на область вокруг чёрной дыры сквозь огромное количество газа, пыли и ионизованного вещества.

Для решения этой задачи исследователи использовали данные радиоинтерферометра ALMA . Учёные проанализировали пять лет наблюдений и создали наиболее детальную на сегодняшний день карту холодного молекулярного газа в непосредственной окрестности Стрельца A*. Причём исследуемая область располагалась всего в трёх световых годах от чёрной дыры. Изображение с ALMA получилось в 80 раз более чётким, чем предыдущие карты региона. Благодаря такому уровню детализации учёные заметили структуры, которые были невидимы в более ранних наблюдениях.

После специальной обработки данных, позволившей убрать яркое радиоизлучение самого Стрельца A*, астрономы обнаружили ранее невидимую структуру. Это была крупная коническая полость с углом порядка 45 градусов и длиной около одного парсека. Внутри неё практически отсутствует холодный молекулярный газ.

По мнению авторов работы, наиболее вероятное объяснение этой структуры связано именно с ветром, исходящим от чёрной дыры. Поток горячего вещества либо выталкивает холодный газ из этой области, либо нагревает его настолько, что он перестаёт наблюдаться в данном диапазоне длин волн.

Исследователи также оценили количество энергии, необходимое для формирования такой конической полости. Расчёты показали, что ближайшие звёзды не способны обеспечить столь мощное воздействие. Более того, ось обнаруженного конуса указывает непосредственно на Стрелец A*.

Дополнительным аргументом стали данные рентгеновской обсерватории Чандра. Ранее она обнаружила в этой же области яркое рентгеновское излучение. Область рентгеновского излучения совпала с найденной полостью, что хорошо согласуется со сценарием горячего ветра.

По словам авторов работы, открытие подтверждает, что центральная чёрная дыра Млечного Пути ведёт себя так же, как сверхмассивные чёрные дыры в других галактиках. Хотя сегодня Стрелец A* находится в относительно спокойном состоянии, он всё ещё продолжает взаимодействовать с окружающей средой и заметно влияет на структуру газа в центральных областях Галактики.