AT2020mrf мог бы так и остаться одним из многих сотен заурядных оптических транзиентов, которые регулярно обнаруживает система оповещения о метеоритной опасности ATLAS (США). Однако в этом же месте и примерно в то же время телескоп еРОЗИТА орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» открыл необычный новый рентгеновский источник, получивший название SRGe J154754.2+443907. После этого стало ясно, что ученые обнаружили уникальный космический объект. Вероятно, мы стали свидетелями рождения нового магнитара — нейтронной звезды со сверхсильным магнитным полем (~10¹⁴ Гаусс) или черной дыры в далекой галактике. Но при чём же здесь «корова»?

В ходе второго обзора всего неба в июле 2020 г. телескоп еРОЗИТА на борту российской орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» открыл новый источник в месте, откуда до сих пор не детектировалось рентгеновское излучение. Анализ баз данных оптических транзиентов (транзиенты — объекты, неожиданно возникающие на небе на «пустом» месте) показал, что примерно за сорок дней до этого в этом же месте американские наземные установки ZTF (Zwicky Transient Facility) и ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) зарегистрировали на первый взгляд самый обыкновенный оптический транзиент, который получил название AT2020mrf. Первоначально AT2020mrf был классифицирован как ординарная сверхновая-коллапсар — так называемая сверхновая II типа, образующаяся при коллапсе массивной звезды в конце ее жизни. Но открытие телескопом СРГ/еРОЗИТА рентгеновского излучения и форма оптической кривой блеска источника принципиально изменили это представление. Стало ясно, что астрофизики столкнулись с интереснейшим объектом.

Существует класс оптических транзиентов, ассоциированных со взрывами сверхновых, которые характеризуются «быстрыми» кривыми блеска и голубым избытком в континууме — так называемые FBOT (Fast Optical Blue Transient). Изучать их сложно, потому что их блеск быстро падает. Но есть среди них наиболее загадочный и крайне немногочисленный подкласс, так называемые объекты типа AT2018cow. Названия оптических транзиентов, детектируемых установкой ATLAS (отсюда буквы «AT» в названии), даются в соответствии с годом детектирования (в данном случае 2018), за которым следует случайная комбинация из нескольких букв, генерируемая компьютером. В случае события АТ2018cow, эти буквы сложились в английское слово cow («корова»), что и дало такое необычное название этому классу — объекты типа «корова».

Вспышки «коров» характеризуются рекордной светимостью, которая в пике может достигать 10⁴³ эрг/с, что примерно в 1000 раз ярче обычных сверхновых-коллапсаров. Такая светимость не может быть объяснена распадом радиоактивного никеля-56 и требует альтернативных источников энергии.

До открытия SRGe J154754.2+443907 было известно всего лишь четыре таких объекта, источник СРГ/еРОЗИТА стал пятым.

«SRGe J154754.2+443907 был открыт командой телескопа СРГ/еРОЗИТА в ИКИ РАН в ходе поиска событий приливного разрушения звезд сверхмассивными черными дырами, очень скоро стало понятно, что мы имеем дело не с событием приливного разрушения», — говорит один из участников этого исследования, заведующий лабораторией экспериментальной астрофизики ИКИ РАН, профессор РАН Сергей Сазонов.

«Широкая международная кампания по исследованию нового источника на многих длинах волн: от радиодиапазона до рентгеновского, в которой активное участие приняли ученые-астрофизики ИКИ РАН, подтвердила, что SRGe J154754.2+443907 является пятым объектом типа «корова». В многоволновых наблюдениях SRGe J154754.2+443907 участвовали 10-метроый оптический телескоп Кека на Гавайских островах, крупнейшие радиотелескопы VLA (США) и GMRT (Индия), космические рентгеновские обсерватории Chandra и Swift (NASA) и XMM-Newton (ESA). Программу координировала аспирантка из Калифорнийского технологического института (США) Юйхань Яо (Yuhan Yao)», — говорит научный руководитель обсерватории СРГ академик Рашид Сюняев.

Рентгеновские изображения участка неба размером 3х3 угл.мин. вокруг положения AT2020mrf /SRGe J154754.2+443907, полученные телескопом СРГ/еРОЗИТА в ходе четырех последовательных обзоров неба в 2020-2021 гг. Источник: М. Гильфанов и П. Медведев

«Телескоп СРГ/еРОЗИТА наблюдал этот объект вскоре после пика кривой блеска. Эти наблюдения показали, что AT2020mrf /SRGe J154754.2+443907 является самой яркой из известных «коров», со светимостью более ~2x10⁴³ эрг/с. Объяснить такую светимость могла бы молодая быстро вращающаяся (с периодом порядка 10 миллисекунд) нейтронная звезда со сверхсильным магнитным полем (порядка 10¹⁴ Гаусс) – так называемый магнитар, или только что рожденная черная дыра, аккрецирующая вещество разорвавшейся звезды-прародителя в сверхкритическом режиме. В любом случае не вызывает сомнений, что мы стали свидетелями рождения релятивистского компактного объекта в результате взрыва массивной звезды», — говорит главный научный сотрудник ИКИ РАН, член-корреспондент РАН Марат Гильфанов.

Статья об этом открытии отправлена в международный астрофизический журнал The Astrophysical Journal и выложена на сайте препринтов arXiv.org.

Художественная иллюстрация двух наиболее вероятных моделей компактного объекта в сверхновых типа «коровы»: черная дыра, аккрецирующая вещество в сверхкритическом режиме с образованием релятивистских струй (слева) и быстро вращающаяся нейтронная звезда со сверхсильным магнитным полем (справа). Источники: Bill Paxton, NRAO/AUI/NSF (левый рисунок); Shanghai Astronomical Observatory, China (правый рисунок); Yuhan Yao (Caltech).  Рисунок заимствован с сайта HEASARC Picture of the Week

AT2020mrf /SRGe J154754.2+443907 уже потух, и многие вопросы остались без ответа. Чтобы прояснить природу таких источников и понять физические механизмы, определяющие их поведение, требуется своевременно находить и детально исследовать новые объекты этого класса. Важную роль в этой работе играет продолжающийся обзор всего неба телескопом еРОЗИТА на борту обсерватории СРГ. Группа по исследованию внегалактических транзиентов по данным телескопа СРГ/еРОЗИТА в ИКИ РАН, в которую входят член-корреспондент РАН Марат Гильфанов, профессор РАН Сергей Сазонов, академик Рашид Сюняев, молодые кандидаты наук Павел Медведев и Георгий Хорунжев, продолжает поиск новых «коров» на непрерывно меняющемся рентгеновском небе.

***

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC им. М.Н. Павлинского (ИКИ РАН, Россия) и еРОЗИТА (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3–8 кэВ) и жестком (4–20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Обсерватория должна проработать в космосе не менее 6,5 лет.

• Научный руководитель орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.
• Научный руководитель по телескопу ART-XC им М.Н.Павлинского (Россия): профессор РАН Александр Лутовинов.
• Научный руководитель по телескопу eROSITA/еРОЗИТА (Германия): доктор Андреа Мерлони.