Учёные описали необычную сверхновую SN 2023zkd: события вокруг этого взрыва складываются в картину длительной предвзрывной активности, затем двух отдельных «вспышек» после самого взрыва и мощного взаимодействия взрывной оболочки с большим объёмом окружающего газа. Это редкое сочетание наблюдаемых признаков позволяет предложить смелую интерпретацию — близкое и нестабильное взаимодействие с компактным компаньоном, вероятно чёрной дырой.
Транзиент впервые заметили в июле 2023 года в обзоре Zwicky Transient Facility. Ключевую роль сыграла автоматическая система поиска аномалий (LAISS), которая заранее выделила объект и дала время для ранних наблюдений. Благодаря этому спектры и фотометрия «с самого начала» покрывают смену поведения объекта, что крайне важно для понимания природы редких взрывов.
Архивные данные и новые наблюдения показали: объект годами излучал сильнее обычного до взрыва — примерно 4 года предшествующей яркой активности — а дальше, после основного пика, светимость снова выросла и дала второй максимум спустя около 240 дней. Такое «повторное» вспыхивание встречается крайне редко и указывает на сложную структуру газовой среды вокруг звезды.
Иллюстрация: Melissa Weiss / CfA
Спектрофотометрия даёт ключ к событию и составу окружения. Линии водорода и гелия имеют сложные, многокомпонентные профили: их можно объяснить столкновением ударной волны сначала с быстро движущимся, богатым гелием потоком по полюсам, а затем — с медленным, плотным объектом, содержащим водород. Такая комбинация скоростей (порядка 1000–2000 км/с для полярных потоков и ≈400 км/с для экваториальной оболочки) и химии даёт естественное объяснение двум световым пикам.
По оценкам авторов, суммарная масса окружающего вещества составляет порядка 5–6 масс Солнца, при этом каждое из двух столкновений, вероятно, был обеспечен ≈2–3 масс Солнца выброшенной материи. Такие крупные потери массы могли произойти в два отдельных эпизода за несколько лет до финального взрыва (приблизительно за 3–4 года и за ~1–2 года до события). Это чётко указывает на динамическую и нестабильную эволюцию системы непосредственно перед катастрофой.
В предпочтительном сценарии астрономов массивная (30 масс Солнца) частично лишённая водорода гелиевая звезда вспыхнула в тесной паре с чёрной дырой: потеря орбитальной энергии сузила орбиту, вызвала мощные выбросы массы и, в финале, нестабильное «поглощение» чёрной дырой, которое либо инициировало взрыв звезды, либо разорвало её, после чего обломки падали и вызывали яркие столкновения. В любом случае в системе остаётся единый, более тяжёлый и тусклый объект.
Наблюдение SN 2023zkd даёт редкую возможность проследить связь между тем, как массивная звезда теряет массу в последние моменты жизни, и тем, как именно она взрывается. Если вывод об участии чёрной дыры подтвердится, то это расширит представление о сценариях гибели самых массивных звёзд и покажет, что взаимодействие с компактным компаньоном может не просто менять, а и инициировать взрыв. Авторы подчёркивают, что данные широких обзоров и систем реального времени, включая обсерваторию имени Веры Рубин вместе с алгоритмами типа LAISS позволит находить ещё больше подобных необычных событий.