Переоценка M31-2014-DS1: почему «исчезающая» звезда Андромеды бросает вызов теориям несостоявшихся сверхновых

Переоценка M31-2014-DS1: почему «исчезающая» звезда Андромеды бросает вызов теориям несостоявшихся сверхновых

В 2014 году астрономы, наблюдавшие за Галактикой Андромеды (M31), стали свидетелями редкого и загадочного космического исчезновения. Массивный желтый сверхгигант, получивший обозначение M31-2014-DS1, начал стремительно тускнеть и в конечном итоге исчез из оптического диапазона. В течение многих лет научный консенсус склонялся к тому, что это была «несостоявшаяся сверхновая» — драматическое событие, при котором массивная звезда минует стадию яркого взрыва и коллапсирует непосредственно в черную дыру. Однако новое исследование, которое провел Noam Soker из Technion — Израильского технологического института, предполагает, что этот «фокус с исчезновением» может оказаться не тем, чем кажется. Переоценив физические параметры, необходимые для возникновения несостоявшейся сверхновой, Soker утверждает, что такой сценарий математически маловероятен и что звезда все еще может находиться там, просто скрытая завесой космической пыли.

Гипотеза несостоявшейся сверхновой

Концепция несостоявшейся сверхновой является краеугольным камнем современного «нейтринного» механизма гибели звезд. Согласно этой модели, когда ядро массивной звезды коллапсирует, возникающий поток нейтрино уносит значительную часть массы-энергии. Внезапная потеря гравитационного притяжения заставляет внешние слои звезды расширяться. В то время как большая часть звезды коллапсирует в черную дыру, небольшая часть оболочки выбрасывается в космос, а некоторое количество вещества в конечном итоге падает обратно в сторону новообразованной сингулярности. Предполагается, что это «возвратное» вещество (fallback) формирует аккреционный диск, питающий слабые джеты и низкоэнергетическое транзиентное событие, лишенное блеска стандартной сверхновой.

Ранее исследователи предполагали, что в случае с M31-2014-DS1 произошла именно такая последовательность событий, в результате которой осталась черная дыра массой около пяти солнечных масс. Привлекательность этой теории заключается в ее способности объяснить, почему некоторые из самых массивных звезд во Вселенной, кажется, исчезают без ожидаемых пиротехнических эффектов. Это также помогает решить проблему «недостающих красных сверхгигантов» — наблюдение, согласно которому мы видим меньше массивных прародителей сверхновых, чем предсказывают модели звездной эволюции.

Проблема тонкой настройки

В своем последнем исследовании Noam Soker оспаривает осуществимость этой модели, характеризуя ее как «сценарий несостоявшейся "несостоявшейся сверхновой"». По словам Soker, специфические условия, необходимые для соответствия наблюдениям M31-2014-DS1, невероятно узки и физически маловероятны. Модель несостоявшейся сверхновой требует, чтобы черная дыра аккрецировала менее 1% связанного возвратного вещества. Если бы поглощалось больше вещества, возникающие джеты были бы гораздо более мощными, чем те, что наблюдались в Галактике Андромеды.

Soker указывает на вопиющее противоречие в тайминге этого события. Предложенная модель предполагает, что джеты, питаемые аккрецией, должны оставаться активными более десяти лет, чтобы объяснить кривую блеска, но при этом те же самые джеты по какой-то причине не должны блокировать приток газа в течение того же периода. «Я считаю это требование тонкой настройки маловероятным», — пишет Soker в своем анализе, отмечая, что физические петли обратной связи между аккрецирующим газом и исходящими джетами обычно регулируют такие системы гораздо более агрессивно. Вероятность того, что система будет поддерживать такой деликатный десятилетний дисбаланс, по мнению Soker, практически равна нулю.

Конвекция и флуктуации углового момента

Значительная часть критики Soker сосредоточена на роли предколлапсной конвекции внутри желтого сверхгиганта. Перед коллапсом звезды ее внешние слои представляют собой кипящий котел конвективных ячеек. Эти ячейки обладают стохастическим — или случайным — угловым моментом. Когда звезда коллапсирует, это «вращение» не просто исчезает; оно диктует то, как возвратное вещество взаимодействует с черной дырой.

Soker утверждает, что даже если звезда в целом вращалась медленно, внутренней турбулентности было бы достаточно для формирования прерывистых аккреционных дисков. Эти диски неизбежно запускали бы джеты в результате процесса, который Soker идентифицирует как механизм взрыва за счет дрожащих джетов (Jittering Jets Explosion Mechanism, JJEM). «Возвратное вещество обладает большими флуктуациями углового момента из-за конвекции в оболочке перед коллапсом», — объясняет Soker. Его расчеты показывают, что эти флуктуации породили бы джеты, энергия которых достаточна для гораздо более яркого взрыва, а не слабого, угасающего свечения, наблюдавшегося в 2014 году. Тот факт, что M31-2014-DS1 не взорвалась ярко, говорит о том, что события коллапса ядра могло и вовсе не быть.

Радиационные несоответствия и альтернативные сценарии

Помимо механики аккреции, Soker выявляет несоответствие в наблюдаемом излучении. В сценарии несостоявшейся сверхновой взаимодействие между исходящими джетами и окружающим звездным газом должно производить значительное излучение по мере остывания вещества. Однако анализ Soker показал, что ожидаемое излучение от такой зоны охлаждения должно быть как минимум на порядок выше значений, зафиксированных телескопами. Это несоответствие еще больше ослабляет доводы в пользу рождения черной дыры.

Итак, если не несостоявшаяся сверхновая, то что же случилось со звездой? Soker указывает на альтернативу: оптический транзиент промежуточной светимости (ILOT) типа II. В этом сценарии звезда является частью двойной системы, которая подверглась бурному взаимодействию или частичному слиянию. Такие события могут выбрасывать огромные объемы газа, который быстро конденсируется в пыль. Эта пыль действует как космический «саван», блокируя свет звезды и создавая видимость ее исчезновения. «Потускнение связано с выбросом пыли при бурном взаимодействии в двойной системе», — предполагает Soker, отмечая, что это объяснение соответствует наблюдаемым данным, не требуя «маловероятных параметров тонкой настройки».

Последствия для звездной эволюции

Дискуссия вокруг M31-2014-DS1 имеет глубокие последствия для нашего понимания жизненных циклов самых массивных звезд во Вселенной. Если несостоявшиеся сверхновые встречаются так же редко, как предполагает Soker, это будет означать, что большинство массивных звезд действительно заканчивают свою жизнь яркими взрывами, и наши нынешние «нейтринные» модели могут нуждаться в серьезном пересмотре. Это также наводит на мысль, что «недостающие» прародители не исчезают в черных дырах, а, возможно, скрываются за собственной потерей массы на поздних стадиях или взаимодействиями в двойных системах.

Работа Soker согласуется с другими недавними исследованиями, такими как работа Beasor et al. (2026), в которой используются данные James Webb Space Telescope (JWST) и Submillimeter Array (SMA). Эти наблюдения не позволили обнаружить высокоэнергетические признаки — такие как специфические рентгеновские потоки — которые можно было бы ожидать от недавно сформированной черной дыры, активно аккрецирующей материю. Вместо этого инфракрасные данные указывают на несферическое распределение пыли, что является признаком взаимодействия двойных звезд, а не более симметричного коллапса одиночной звезды.

Что ждет тайну Андромеды в будущем

Окончательной проверкой теории Soker о «несостоявшейся несостоявшейся сверхновой» станет время. Если звезда просто скрыта за оболочкой пыли, выброшенной во время взаимодействия в двойной системе, эта пыль со временем расширится и поредеет, или звезда выйдет за пределы этой завесы. Soker ранее предсказывал, что M31-2014-DS1 в конечном итоге появится снова — «воскрешение», которое окончательно опровергнет теорию коллапса в черную дыру.

Будущие исследования будут сосредоточены на долгосрочном мониторинге этого участка в инфракрасном и радиодиапазонах. Пока телескопы, подобные JWST, продолжают вглядываться сквозь пыль Галактики Андромеды, астрономы надеются найти «неопровержимое доказательство» — либо слабое, устойчивое тепло скрытой двойной системы, либо безошибочное безмолвие черной дыры. Пока же случай с исчезнувшим сверхгигантом остается поучительной историей о сложности звездной смерти и об опасности предположений о том, что если звезда исчезла, то она ушла навсегда.