Более тяжелые звезды могут не взрываться как сверхновые, а сразу перерождаться в черные дыры
AstroNews.ru - 04 Сентября 2021 23:24:37
Сверхновая - это блестящий конец гигантской звезды. На краткий миг космического времени звезда делает последнее усилие, чтобы продолжить сиять, но только для того, чтобы погаснуть и разрушиться сама по себе. Конечным результатом является либо нейтронная звезда, либо черная дыра звездной массы. Обычно мы думали, что все звезды, масса которых превышает примерно десять солнечных масс, превратятся в сверхновую, но новое исследование предполагает, что это не так.
В отличие от известных сверхновых типа Ia, которые могут быть вызваны слиянием или взаимодействием двух звезд, большие звезды подвергаются так называемому коллапсу ядра сверхновой. Звезды выживают благодаря балансу тепла и давления против гравитации. По мере старения большая звезда должна выделять тепло за счет слияния всё более тяжелых элементов. Но эту цепочку можно довести только до железа (Fe). После этого сплавление в более тяжелые элементы только отнимает у вам энергию, а не высвобождает ее. Итак, ядро коллапсирует, создавая ударную волну, которая разрывает звезду на части.
В моделях больших умирающих звезд коллапс ядра сверхновых происходит для звезд с массой свыше 9-10 солнечных масс, примерно до 40-50 солнечных масс. Звезды, превышающие эту массу, настолько массивны, что они, вероятно, сразу же сжимаются в черную дыру, не превращаясь в сверхновую. Чрезвычайно массивные звезды, порядка 150 солнечных масс и более, могут взорваться как гиперновая. Эти монстры взрываются не из-за коллапса ядра, а из-за эффекта, известного как нестабильность пар, когда сталкивающиеся фотоны, созданные в ядре, создают пары электронов и позитронов.
Это новое исследование предполагает, что верхний предел массы сверхновых с коллапсом ядра может быть намного ниже, чем мы думали. Команда изучила содержание элементов в паре сталкивающихся галактик, известных как Arp 299. Поскольку галактики находятся в процессе столкновения, этот регион является рассадником сверхновых. В результате содержание элементов в Arp 299 должно в значительной степени зависеть от элементов, выбрасываемых при взрывах сверхновых. Они измерили отношение содержания железа к кислороду и отношения неона и магния к кислороду. Они обнаружили, что отношения Ne/O и Mg/O были аналогичны отношениям на Солнце, в то время как отношение Fe/O было намного ниже, чем на Солнце. Наиболее эффективно железо выбрасывается во Вселенную при помощи больших сверхновых.
Отношения, наблюдаемые командой, не соответствовали стандартным моделям коллапса ядра, но они обнаружили, что данные хорошо соответствуют моделям сверхновых, если исключить любые сверхновые с массой около 23–27 солнечных. Другими словами, если звезды коллапсируют в черные дыры с массой более 27 солнечных масс, то модели и наблюдения согласуются.
Эта работа не доказывает окончательно, что верхний предел массы сверхновых меньше, чем мы думали. Также возможно, что сверхновые звезды производят больше неона и магния, чем предсказывают модели. В любом случае ясно, что нам еще многое предстоит узнать о последних вздохах больших звезд.