Что будет, если черная дыра упадет в звезду? Астрофизики впервые увидели это вживую
2 июля 2025 года космические обсерватории зафиксировали вспышку. Казалось бы — Вселенная постоянно генерирует мощные выбросы энергии. Но этот сигнал не угасал. Он продолжался секунды, затем минуты, а потом и часы. В общей сложности он длился около 25 000 секунд, или почти семь часов. По меркам астрономии это аномально много.
Событие, получившее название GRB 250702B, стало самым длинным гамма-всплеском из когда-либо зарегистрированных. Но самое интересное не только в его аномальной продолжительности. Данные показали набор свойств, которые, с точки зрения современной астрофизики, не должны существовать в одном объекте.
Что такое гамма-всплеск?
Сперва разберемся с тем, что такое гамма-всплески. Это самые мощные электромагнитные вспышки во Вселенной, которые за несколько секунд могут выбросить больше энергии, чем наше Солнце за все 10 миллиардов лет своей жизни.
Традиционно их делят на два типа:
- Короткие (менее 2 секунд) — результат слияния двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры.
- Длинные (от 2 секунд до нескольких минут) — спровоцированы коллапсом массивных звезд. Когда у звезды, в десятки раз тяжелее Солнца, заканчивается топливо, ее ядро сжимается в черную дыру. Окружающее вещество падает на нее, образуя диск, который питает ультрарелятивистские джеты — узконаправленные потоки частиц, движущихся с околосветовой скоростью. Эти джеты, прорываясь сквозь остатки звезды, и генерируют гамма-излучение.
Теперь становится понятнее, почему GRB 250702B со своей длительностью в 25 000 секунд привлек такое внимание — процессы с такой длительностью ранее известны не были.
Портрет невозможного события
Анализ данных GRB 250702B вывел два противоречащих друг другу факта.
Во-первых: экстремальная продолжительность. Почти семичасовая вспышка означает, что источник энергии должен быть невероятно стабильным и иметь колоссальный запас топлива. Стандартный коллапс звезды просто не может обеспечить такой длительный процесс. Вещество в диске вокруг новорожденной черной дыры заканчивается за минуты.
Во-вторых: быстрое мерцание. Несмотря на общую длительность, сам сигнал не был монотонным, а довольно часто мерцал. Этот параметр, называемый минимальное время изменчивости — напрямую связан с размером источника. Чтобы объект мог так быстро менять светимость, он должен быть очень компактным, размером со звезду или меньше. Это указывает на то, что в центре процесса была черная дыра звездной массы, а не какой-нибудь гигантский объект.
Здесь и возникает парадокс. Как небольшой, компактный объект мог питать событие, которое длилось часами?
Почему стандартные модели не работают?
Исследователи начали методично проверять все известные сценарии. Каждый из них разбивался о факты.
- Классический коллапс звезды (коллапсар)? Не подходит. Ни одна модель вращения одиночной звезды не может объяснить, как поддерживать аккрецию — падение вещества на черную дыру — в течение семи часов. Топливо закончится на два порядка быстрее.
- Приливное разрушение звезды сверхмассивной черной дырой? Такой сценарий предполагает, что звезда подлетает слишком близко к сверхмассивной черной дыре в центре галактики и разрывается ее гравитацией. Такие события могут длиться долго. Проблема в том, что сверхмассивные черные дыры — это гигантские объекты. Их размер не позволяет им генерировать быстрые, субсекундные мерцания. К тому же, GRB 250702B произошел не в центре своей галактики, а на ее окраине.
- Слияние нейтронных звезд? Абсолютно неверный масштаб времени. Такие события производят короткие всплески.
Когда все стандартные теории были исключены, стало ясно, что приборы зафиксировали совершенно новое, требующее объяснений, явление.
Что будет, если черная дыра упадет в звезду?
Модель строит двойную систему: немолодая, массивная гелиевая звезда (сбросившая свою внешнюю водородную оболочку) и ее компаньон — черная дыра звездной массы. Со временем звезда расширяется, и черная дыра входит в ее разреженную внешнюю атмосферу.
Дальше происходит следующее:
- Спиральное погружение. Двигаясь внутри звезды, черная дыра испытывает трение, теряет энергию и начинает по спирали опускаться к ядру.
- Поглощение изнутри. Достигнув плотного ядра, она начинает активно поглощать его вещество. Вокруг черной дыры образуется сверхгорячий аккреционный диск.
- Запуск джетов. Этот диск, как и в случае обычного коллапсара, питает мощные джеты. Пробившись изнутри наружу, эти потоки частиц генерируют наблюдаемый астрономами гамма-всплеск.
В итоге, у модели получается разрешить главную несостыковку. Компактным источником энергии выступает черная дыра звездной массы, что объясняет быстрое мерцание. А вот источник топлива теперь не ограничен остатками одной звезды. Черная дыра получает доступ к огромному запасу вещества в ядре звезды-компаньона и, что еще важнее, к орбитальному моменту импульса всей системы.
Более того, эта модель предсказывает еще две детали, которые подтвердились наблюдениями. Во-первых, должен быть заметный временной разрыв между началом процесса (когда черная дыра только начинает углубляться в звезду) и пиком гамма-излучения. И действительно, рентгеновские телескопы зафиксировали более слабое излучение за день до основной вспышки. Во-вторых, после такого события не должно остаться яркой сверхновой, потому что звезда была разобрана изнутри, а не взорвана. Телескоп «Джеймс Уэбб», наблюдавший за этим участком неба, не обнаружил никаких следов сверхновой.
Доля скептицизма
Несмотря на убедительность, модель погружения черной дыры пока остается гипотезой, построенной на одном-единственном событии. Наука требует статистики, а один случай, каким бы идеально он ни вписывался в теорию, может оказаться лишь исключением. Кроме того, любая модель — это упрощение сложнейших физических процессов. Расчеты, описывающие движение черной дыры внутри звезды и эффективность генерации джетов, основаны на ряде допущений. Насколько удачным должно быть стечение обстоятельств чтобы такой сценарий реализовался? Если для этого требуется слишком узкий набор условий, то такие события будут крайне редкими.