|
Исчезновение звезды знаменует собой рождение черной дыры
|
|
|
|
Массивные звезды, примерно в восемь раз массивнее Солнца, в конце своей жизни взрываются как сверхновые. Взрывы, которые оставляют после себя черную дыру или нейтронную звезду, обладают такой энергией, что могут затмевать галактики-хозяева на несколько месяцев. Однако астрономы, похоже, заметили массивную звезду, которая пропустила взрыв и превратилась непосредственно в черную дыру.
|
|
|
|
Звезды балансируют между внешней силой термоядерного синтеза и внутренней силой собственного притяжения. Когда массивная звезда вступает в свою последнюю стадию эволюции, у нее начинает заканчиваться водород, и процесс термоядерного синтеза ослабевает. Внешняя сила, возникающая в результате слияния, больше не может противодействовать мощной гравитации звезды, и звезда коллапсирует сама по себе. Результатом является взрыв сверхновой, катастрофическое событие, которое разрушает звезду и оставляет после себя черную дыру или нейтронную звезду.
|
|
|
|
Однако, по-видимому, иногда эти звезды не взрываются как сверхновые, а вместо этого превращаются непосредственно в черные дыры.
|
|
|
|
Новое исследование показывает, как одна массивная, обедненная водородом сверхгигантская звезда в галактике Андромеды (M31) не взорвалась в виде сверхновой. Исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv, называется "Исчезновение массивной звезды, знаменующее рождение черной дыры в M31". Ведущим автором является Кишалай Де, аспирант Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института.
|
|
|
|
|
|
|
Эти типы сверхновых называются сверхновыми с коллапсом ядра, также известными как тип II. Они относительно редки, и примерно каждые 100 лет в Млечном Пути происходит одна такая вспышка. Ученые интересуются сверхновыми, потому что они ответственны за образование многих тяжелых элементов, а их ударные волны могут спровоцировать звездообразование. Они также создают космические лучи, которые могут достигать Земли.
|
|
|
|
Это новое исследование показывает, что мы, возможно, понимаем природу сверхновых не так хорошо, как думали.
|
|
|
|
Звезда, о которой идет речь, называется M31-2014-DS1. В 2014 году астрономы заметили, что она стала ярче в среднем инфракрасном диапазоне (MIR). В течение тысячи дней ее яркость оставалась постоянной. Затем, в течение еще тысячи дней с 2016 по 2019 год, она резко потускнела. Это переменная звезда, но это не может объяснить эти колебания. В 2023 году ее не удалось обнаружить с помощью глубоких оптических наблюдений и наблюдений в ближнем ИК-диапазоне (NIR).
|
|
|
|
Исследователи говорят, что звезда родилась с начальной массой около 20 звездных масс и достигла своей конечной фазы ядерного горения с массой около 6,7 звездных масс. Их наблюдения показывают, что звезда окружена недавно выброшенной пылевой оболочкой, в соответствии со взрывом сверхновой, но нет никаких свидетельств оптической вспышки.
|
|
|
|
"Резкое и продолжительное угасание M31-2014-DS1 является исключительным явлением в ландшафте изменчивости массивных, эволюционировавших звезд", - пишут авторы. "Внезапное снижение светимости в M31-2014-DS1 указывает на прекращение ядерного горения вместе с последующим шоком, который не может преодолеть падающий материал". Взрыв сверхновой настолько мощный, что он полностью разрушает падающий материал.
|
|
|
|
"В отсутствие каких-либо свидетельств вспышки света на такой близости, наблюдения M31-2014-DS1 указывают на признаки "неудачного" SN, который приводит к коллапсу ядра звезды", - объясняют авторы.
|
|
|
|
Что может помешать звезде взорваться как сверхновой, даже если ее масса достаточна для взрыва?
|
|
|
|
Вспышки сверхновых - это сложные явления. Плотность внутри коллапсирующего ядра настолько велика, что электроны вынуждены соединяться с протонами, создавая как нейтроны, так и нейтрино. Этот процесс называется нейтронизацией, и он создает мощный выброс нейтрино, который несет около 10% энергии массы покоя звезды. Этот выброс называется нейтринным ударом.
|
|
|
|
Нейтрино получили свое название из-за того, что они электрически нейтральны и редко взаимодействуют с обычной материей. Каждую секунду около 400 миллиардов нейтрино от нашего Солнца проходят прямо через каждого человека на Земле. Но в плотном ядре звезды плотность нейтрино настолько велика, что некоторые из них передают свою энергию в окружающий звездный материал. Это нагревает материал, который генерирует ударную волну.
|
|
|
|
Нейтринный выброс всегда прекращается, но иногда он возобновляется. Когда он возобновляется, происходит взрыв и удаляется внешний слой сверхновой. Если его не возобновить, ударная волна ослабевает, и звезда коллапсирует, образуя черную дыру.
|
|
|
|
В M31-2014-DS1 нейтринный выброс не возобновился. Исследователям удалось ограничить количество вещества, выбрасываемого звездой, и оно было намного меньше, чем при взрыве сверхновой. "Эти ограничения подразумевают, что большая часть звездного материала (>5 масс Солнца) коллапсировала в ядро, превысив максимальную массу нейтронной звезды (NS) и образовав Черную дыру", - заключают они. Около 98% массы звезды сжалось, образовав черную дыру массой около 6,5 масс Солнца.
|
|
|
|
M31-2014-DS1 - не единственная несостоявшаяся сверхновая, которую обнаружили астрономы. Их трудно обнаружить, потому что они характеризуются скорее тем, что не происходит, чем тем, что происходит на самом деле. Сверхновую звезду трудно не заметить, потому что она очень яркая и появляется на небе внезапно. Древние астрономы зафиксировали несколько таких вспышек.
|
|
|
|
В 2009 году астрономы обнаружили еще одну подтвержденную вспышку сверхновой. Это была сверхгигантская красная звезда в NGC 6946, "галактике фейерверков". Она называется N6946-BH1 и имеет массу около 25 масс Солнца. После исчезновения из поля зрения от него осталось лишь слабое инфракрасное свечение. В 2009 году его яркость увеличилась до миллиона солнечных лучей, но к 2015 году он исчез в оптическом свете.
|
|
|
|
В ходе исследования с помощью Большого бинокулярного телескопа было проведено наблюдение за 27 близлежащими галактиками в поисках исчезающих массивных звезд. Результаты показывают, что от 20% до 30% массивных звезд могут закончить свою жизнь в результате распада сверхновых. Однако M31-2014-DS1 и N6946-BH1 являются единственными подтвержденными наблюдениями.
|
|
|
|
Источник
|
