Умирающая звезда в процессе коллапса может сгенерировать особенную вспышку света, которая даст возможность астрономам впервые идентифицировать рождение черной дыры.
Рождение черной дыры: Можно ли его увидеть?
Искажение света черной дырой (компьютерное моделирование). Автор: Alain Riazuelo, IAP/UPMC/CNRS

Рождение черной дыры в результате гибели звезды может сопровождаться гамма-вспышкой — одним из самых высокоэнергетических явлений во Вселенной, но такие случаи редки и требуют довольно экзотических условий. По распространенной гипотезе, в большинстве случаев умирающая звезда обычно превращается в черную дыру без взрыва и вспышки, как будто она просто исчезает с неба. Но, по мнению сотрудника Калифорнийского технологического института Тони Пиро (Tony Piro), опубликованному 1 мая в его статье в журнале Astrophysical Journal Letters, вспышка все же должна быть.

В соответствии с общепризнанной теорией, при гибели массивной звезды ее ядро коллапсирует под действием собственного веса. В процессе коллапса протоны и электроны, из которых состоит ядро, соединяются и превращаются в нейтроны. За несколько секунд до окончательного превращения в черную дыру ядро становится сверхплотным объектом — нейтронной звездой. Кроме того, в процессе коллапса рождается большое количество нейтрино, вылетающих из ядра звезды со скоростью, близкой к скорости света. Нейтрино уносят огромное количество энергии, соответствующее (по известной формуле E = mc2) примерно одной десятой массы Солнца.

Как отмечено в работе, опубликованной в 1980-х годах Дмитрием Надежиным — сотрудником института теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова, быстрая потеря массы должна вызывать резкое уменьшение гравитационных сил, сжимающих умирающую звезду. Когда это происходит, слои газа, окружающего ядро, должны «отскочить» наружу, создавая ударную волну, распространяющуюся во внешних слоях со скоростью около 1000 км/с.

Астрономы из Калифорнийского университета Элизабет Лавгров (Elizabeth Lovegrove) и Стен Вузли (Stan Woosley), недавно исследовавшие этот процесс с помощью компьютерного моделирования, обнаружили, что взаимодействие ударной волны с внешними слоями газа должно разогревать их, вызывая свечение, которое будет излучаться примерно один год после коллапса. Такое свечение — сигнал, потенциально пригодный для идентификации рождения черной дыры. Но, несмотря на то, что яркость свечения в миллионы раз выше яркости Солнца, его практически невозможно увидеть на фоне свечения звезд даже в ближайших галактиках.

Пиро нашел более многообещающий сигнал. В своем исследовании он тщательно проанализировал взаимодействие ударной волны с поверхностными слоями звезды и подсчитал, что оно должно вызывать вспышку в 10−100 более яркую, чем свечение, предсказанное Лавгров и Вузли. Вспышка длительностью от 3 до 10 суток должна быть очень яркой в оптическом диапазоне и еще более яркой — в ультрафиолетовом.

Пиро считает, что такие вспышки могут быть обнаружены в процессе широкоугольных наблюдений неба Palomar Transient Factory (PTF). Усовершенствованный их вариант — intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), стартовавший в феврале этого года, — теоретически позволит наблюдать до двух таких событий в год, а версия Zwicky Transient Facility (ZTF), стартующая в 2015 году, повысит вероятность их обнаружения еще в несколько раз.

В следующем десятилетии начнет функционировать Большой обзорный телескоп (Large Synoptic Survey Telescope, LSST), который можно будет использовать для этих целей еще более эффективно.

Если наблюдения не обнаружат предсказанных Пиро вспышек, то ученым придется либо отыскать ошибку в его расчетах, либо признать, что черные дыры рождаются гораздо реже, чем это предсказывается существующими теориями.

По сообщению PhysOrg