Коконы умирающих звезд могут объяснить быстрые голубые оптические переходные процессы

С тех пор как они были открыты в 2018 году, быстрые голубые оптические переходные процессы (БГОП) совершенно удивили и привели в замешательство как наблюдателей, так и астрофизиков-теоретиков.
Настолько горячие, что светятся синим, эти загадочные объекты являются самым ярким из известных оптических явлений во Вселенной. Но пока обнаружено лишь несколько таких объектов, происхождение БГОП остается неуловимым.
Группа астрофизиков Северо-Западного университета представила новое смелое объяснение происхождения этих любопытных аномалий. Используя новую модель, астрофизики считают, что БГОП могут возникать в результате активно охлаждающихся коконов, которые окружают джеты, запускаемые умирающими звездами. Это первая астрофизическая модель, которая полностью согласуется со всеми наблюдениями, связанными с БГОП.
Исследование было опубликовано 11 апреля в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Когда массивная звезда разрушается, она может выбрасывать потоки обломков со скоростью, близкой к скорости света. Эти потоки, или струи, сталкиваются с разрушающимися слоями умирающей звезды, образуя "кокон" вокруг струи. Новая модель показывает, что по мере того, как струя выталкивает кокон наружу - прочь от ядра коллапсирующей звезды - он остывает, выделяя тепло в виде наблюдаемого излучения БГОП.
"Струя зарождается глубоко внутри звезды, а затем пробивает себе путь наружу, чтобы выбраться", - говорит Оре Готлиб из Северо-Западного университета, возглавлявший исследование. "По мере того, как струя движется сквозь звезду, она формирует протяженную структуру, известную как кокон. Кокон обволакивает струю, и он продолжает это делать даже после того, как струя покидает звезду, этот кокон покидает ее вместе со струей. Когда мы подсчитали, сколько энергии имеет кокон, оказалось, что он такой же мощный, как БГОП".
Готлиб является научным сотрудником Ротшильда в Северо-Западном центре междисциплинарных исследований в области астрофизики (CIERA). Он написал статью в соавторстве с членом CIERA Сашей Щековской, доцентом физики и астрономии в Вайнбергском колледже искусств и наук Северо-Западного университета.
Водородная проблема
БГОП - это тип космических взрывов, первоначально обнаруженных в оптическом диапазоне волн. Как следует из их названия, переходные процессы исчезают почти так же быстро, как и появляются. БГОП достигают пика яркости в течение нескольких дней, а затем быстро угасают - гораздо быстрее, чем стандартные сверхновые растут и распадаются.
Открыв БГОП всего четыре года назад, астрофизики задались вопросом, не связаны ли эти загадочные события с другим классом переходных явлений - взрывами гамма-лучей (GRB). Самые сильные и яркие взрывы во всех диапазонах волн, GRB также связаны с умирающими звездами. Когда массивная звезда исчерпывает свое топливо и коллапсирует в черную дыру, она запускает джеты, которые производят мощный выброс гамма-лучей.
"Причина, по которой мы думаем, что GRB и БГОП могут быть связаны, заключается в том, что оба они очень быстрые - движутся со скоростью, близкой к скорости света, и оба имеют асимметричную форму, нарушая сферическую форму звезды", - сказал Готлиб. "Но возникла проблема. В звездах, которые производят GRB, не хватает водорода. Мы не видим никаких признаков водорода в GRB, в то время как в БГОП мы видим водород повсюду. Значит, это не может быть одно и то же явление".
Используя свою новую модель, Готлиб и его соавторы считают, что, возможно, нашли ответ на эту проблему. Богатые водородом звезды, как правило, содержат водород в своем внешнем слое - слишком толстом для проникновения струи.
"В принципе, звезда будет слишком массивной, чтобы струя могла пробить ее насквозь", - сказал Готлиб. Поэтому струя никогда не выйдет из звезды, и именно поэтому она не сможет произвести GRB". Однако в таких звездах умирающая струя передает всю свою энергию кокону, который является единственным компонентом, способным покинуть звезду. Кокон будет испускать выбросы БГОП, которые будут включать водород. Это еще одна область, где наша модель полностью согласуется со всеми наблюдениями БГОП".
Складываем картину воедино
Хотя БГОП ярко светятся в оптическом диапазоне длин волн, они также излучают радиоволны и рентгеновские лучи. Модель Готлиба объясняет и это.
Когда кокон взаимодействует с плотным газом, окружающим звезду, это взаимодействие нагревает звездный материал, что приводит к радиоизлучению. А когда кокон расширяется достаточно далеко от черной дыры (образовавшейся из коллапсировавшей звезды), из черной дыры могут просачиваться рентгеновские лучи. Рентгеновские лучи объединяются с радио- и оптическим светом, формируя полную картину события БГОП.
Хотя Готлиб воодушевлен результатами работы своей команды, он говорит, что необходимо провести больше наблюдений и разработать больше моделей, прежде чем мы сможем окончательно понять загадочное происхождение БГОП.
"Это новый класс переходных процессов, и мы так мало о них знаем", - сказал Готлиб. "Нам нужно обнаружить большее их количество на более ранних стадиях эволюции, прежде чем мы сможем полностью понять эти взрывы. Но наша модель способна провести линию между сверхновыми, GRBs и БГОП, что, на мой взгляд, очень элегантно".
"Это исследование прокладывает путь для более совершенного моделирования БГОП. Эта модель следующего поколения позволит нам напрямую связать физику центральной черной дыры с наблюдаемыми объектами, что позволит нам раскрыть скрытую физику центрального двигателя БГОП".....