Одна звезда может создавать две черные дыры
AstroNews.ru - 20 Ноября 2013 14:44:16
Черные дыры – массивные космические объекты, сила притяжения которых настолько велика, что даже свет не может избежать их – бывают разных размеров: от тех, масса которых равна звездной (эти черные дыры формируются, когда умирает звезда) до сверхмассивных черных дыр, масса которых может превосходить массу нашего Солнца в миллиард раз. В течение миллиардов лет небольшие черные дыры могут медленно вырастать в сверхмассивные, постeпенно набирая массу благодаря своему окружению или/сливаясь с другими черными дырами. Однако этот медленный процесс не может объяснить, как сверхмассивные черные дыры могли появиться в молодой Вселенной, в течение менее чем миллиарда лет после Большого Взрыва.
Новое открытие, сделанное учеными из Технологического Института Калифорнии, поможет опробовать модель, которая решает эту проблему.
Рост определенных моделей сверхмассивных черных дыр требует присутствия «начальных» черных дыр, которые появились в результате смерти самых ранних звезд. Эти начальные черные дыры набирают массу и растут в размерах, вбирая в себя вещество, которое находится вокруг них – этот процесс называется аккрецией, или приращением, - или сливаясь с другими черными дырами. «Однако вскоре после зарождения Вселенной сверхмассивные черные дыры, согласно существующим теориям, просто не могли существовать: времени, для того, чтобы набрать достаточно массы, было явно недостаточно», - говорит Кристиан Рейссвиг (Christian Reisswig), профессор физики Калифорнийского Технологического Института, который руководил исследвоанием. «Рост черных дыр до размера сверхмассивных в молодой Вселенной можно объяснить только достаточно большой массой начального объекта».
Чтобы исследовать происхождение молодых сверхмассивных черных дыр, Рейссвиг в сотрудничестве с профессором кафедры теоретической астрофизики Кристианом Оттом (Christian Ott) и другими коллегами, создали теорию, одним из главных условий которой была сверхмассивная звезда. Жизненный цикл этих гиганстких звезд относительно короток, несколько миллионов лет. Все это время они находятся в стабильном состоянии при помощи собственного фотонного излучения. В очень массивной звезде излучение фотонов толкает газ от звезды, противодействуя силе гравитации, которая притягивает его обратно. Когда эти две силы равны, этот баланс называют гидростатическим равновесием.
В процессе своего существования сверхмассивная звезда медленно остывает, теряя энергию благодаря излучению фотонов. По мере охлаждения звезда становится более компактной, и плотность ее центральной части медленно растет. Этот процесс продолжается в течение одного-двух миллионов лет, пока звезда не станет достаточно компактной, чтобы потерять гравитационную стабильность, что, в свою очередь, приводит к коллапсу.
Предыдущие исследования предсказывали, что во время коллапса сверхмассивных звезд, они формируют сферические фигуры, которые, возможно, сплющиваются из-за быстрого вращения. Эта форма называется осесимметричной конфигурацией. Учитывая тот факт, что очень быстро вращающиеся вокруг собственной оси звезды склонны к небольшим возмущающим влияниям, Рейссвиг и его коллеги предположили, что эти из-за этих влияний звезды могут во время коллапса сформировать не-осесимметричные фигуры. Эти изначально небольшие возмущающие влияния будут быстро расти, и, в конце концов, газ внутри умирающей звезды «слипнется» в отдельные фрагменты с высокой плотностью.
Эти фрагменты будут вращаться по орбите вокруг центра звезды и наращивать свою плотность, вбирая в себя вещество в процессе коллапса; так же будет расти их температура. А затем, говорит Рейссвиг, «произойдет кое-что интересное».
При достаточно высоких температурах энергии будет достаточно для того, чтобы электроны и их антиподы, или позитроны, соединились в одно целое – то, что мы называем электронно-позитронными парами. Создание электронно-позитронных пар становится причиной снижения давления, ее больше усиливая коллапс; в результате, два фрагмента, вращающиеся по орбите, станут настолько плотными, что каждый из них сформирует черную дыру. Затем эти две черные дыры могут кружиться по спирали вокруг друг друга, сливаясь в одну большую черную дыру. «Это новое открытие. Никто до сих пор не предполагал, что благодаря одной умирающей звезде может появиться две черных дыры, которые затем сольются», - говорит Рейссвиг.