Вместо того, чтобы резко умереть в результате мощного взрыва сверхновой, некоторые крупные звезды могут умереть тихо и без помпы.
Это может объяснить загадочное и внезапное исчезновение некоторых звезд с ночного неба, замеченное астрономами на протяжении многих лет, согласно новой статье в журнале Physical Review Letters.
Эти массивные звезды могут полностью схлопнуться и стать черными дырами без сверхновой, которая долгое время считалась необходимой частью смерти большой звезды.
Звезды "горят" в процессе, называемом ядерным синтезом, который включает в себя объединение более легких атомов водорода в более тяжелый гелий, высвобождая огромное количество энергии в виде света и тепла. Когда это водородное топливо начинает заканчиваться, звезда вступает в более позднюю стадию своей жизни и начинает умирать.
Звезды могут умереть по-разному в зависимости от их массы. Когда у звезд заканчивается водород, ядро звезды сжимается и нагревается, в результате чего внешние слои расширяются и охлаждаются, и звезда становится красным гигантом. Меньшие звезды - примерно в 8 раз массивнее нашего Солнца - в конечном итоге вытеснят эти внешние слои, и ядро превратится в белого карлика. С другой стороны, более крупные звезды проходят несколько стадий ядерного синтеза, создавая все более и более тяжелые элементы, пока не будет получено железо, после чего ядерный синтез прекращается, звезда коллапсирует под действием собственной гравитации, а затем взрывается с огромным выбросом энергии.
Если масса оставшегося ядра звезды составляет от 1,4 до 3 солнечных масс, оно коллапсирует в нейтронную звезду, невероятно плотный объект, состоящий в основном из нейтронов, а если масса ядра превышает примерно 3 солнечных массы, оно коллапсирует в черную дыру. , точка в пространстве с настолько сильной гравитацией, что даже свет не может покинуть ее.
Однако это новое исследование обнаружило убедительные доказательства того, что огромные звезды могут умереть и образовать черную дыру без какой-либо сверхновой в процессе, известном как "полный коллапс".
"Мы считаем, что ядро звезды может коллапсировать под собственным весом, как это происходит с массивными звездами на заключительной стадии их жизни. Но вместо ожидаемого для звезд сжатия, завершающегося ярким взрывом сверхновой, который затмит собственную галактику, более чем в восемь раз массивнее Солнца, коллапс продолжается до тех пор, пока звезда не станет черной дырой", - сказал соавтор исследования Алехандро Винья-Гомез, научный сотрудник Института астрофизики Макса Планка, который был постдоком в Копенгагенском университете.
По мнению исследователей, это открытие может также объяснить феномен бесшумного исчезновения звезд с неба без взрыва сверхновой.
"Если бы кто-то стоял и смотрел на видимую звезду, переживающую полный коллапс, это могло бы быть похоже на наблюдение за тем, как звезда внезапно гаснет и исчезает с небес. Коллапс настолько полный, что не происходит никакого взрыва, ничего не ускользает, и в ночном небе не видно ни одной яркой сверхновой. В последнее время астрономы действительно наблюдали внезапное исчезновение ярко сияющих звезд. Мы не можем быть уверены в связи, но результаты, полученные нами при анализе VFTS 243, принесли результаты. мы гораздо ближе к достоверному объяснению", - сказала Винья-Гомез.
Это открытие было вызвано наблюдением двойной звездной системы под названием VFTS 243 в небольшой соседней галактике, известной как Большое Магелланово Облако, которая состоит из большой звезды и черной дыры с массой, примерно в 10 раз превышающей массу нашего Солнца.
Эта система должна была иметь следы того, как звезда черной дыры в прошлом стала сверхновой, но астрономам не удалось найти таких доказательств.
"Обычно события сверхновых в звездных системах можно измерить различными способами после того, как они произошли. Но несмотря на то, что VFTS 243 содержит звезду, коллапсировавшую в черную дыру, следов взрыва нигде не обнаружено. VFTS 243 - это экстраординарная система. Орбита системы почти не изменилась с момента коллапса звезды в черную дыру", - сказала Винья-Гомез.
Астрономы ожидали увидеть признаки "натального удара", когда нейтронная звезда или черная дыра, образовавшаяся в сверхновой, ускоряется до скорости 100–1000 км в секунду огромными силами взрыва сверхновой. Однако черная дыра в системе VFTS 243, похоже, ускорилась лишь примерно до 4 км/с. Кроме того, силы сверхновых обычно влияют на симметрию орбиты двойной звездной системы, но в системе VFTS 243 таких эффектов не наблюдалось.
"Орбита VFTS почти круглая, и наш анализ показывает, что во время коллапса нет никаких признаков большой асимметрии. Это еще раз указывает на отсутствие взрыва", - сказала Винья Гомес.
Таким образом, черная дыра в системе VFTS 243, похоже, родилась без сверхновой.
"Наш анализ однозначно указывает на тот факт, что черная дыра в VFTS 243, скорее всего, образовалась сразу, причем энергия в основном терялась через нейтрино", - заявила в своем заявлении соавтор Ирен Тамборра, также научный сотрудник Института Нильса Бора.
Ожидается, что это открытие откроет новые двери для изучения того, как умирают звезды и как рождаются черные дыры.
"Наши результаты подчеркивают, что VFTS 243 является лучшим наблюдаемым на данный момент случаем для теории звездных черных дыр, образовавшихся в результате полного коллапса, где взрыв сверхновой не удается и который, как показали наши модели, возможен. Это важная проверка реальности для этих моделей. И мы, конечно, ожидаем, что система послужит решающим ориентиром для будущих исследований эволюции и коллапса звезд", - сказал Тамборра.
Изучение звезд - детали
Европейское космическое агентство вместе с NASA сделали снимки гигантского космического объекта Cloverleaf, чтобы узнать о его скрытом происхождении. Скорее всего, он мог возникнуть благодаря столкновению галактических групп. Об этом стало известно из результатов исследования, которые были опубликованы в научном журнале Astronomy and Astrophysics Letters, передает Space.
