Жизненный путь сверхмассивных звезд редко длится дольше пары миллионов лет. Они появляются внезапно, стремительно расходуют свое топливо и исчезают, оставляя после себя черные дыры. Но что происходит в промежутке между рождением и коллапсом — ученые начали понимать только сейчас. Новое исследование внесло важные коррективы в понимание того, как такие звезды теряют массу и как это влияет на их дальнейшую судьбу.
Астрофизики из международной исследовательской группы пересмотрели параметры звездных ветров — мощных потоков вещества, исходящих от самых массивных звезд. Выяснилось, что ранее существующие теории недооценивали силу этих потоков. По новым расчетам, такие звезды теряют значительно больше массы, чем предполагали классические модели.
Для звезд, масса которых превышает солнечную в сотни раз, скорость эволюции оказывается крайне высокой. Если Солнце способно стабильно светить около 10 миллиардов лет, то сверхмассивные звезды живут в среднем всего несколько миллионов лет, а иногда — меньше миллиона.
Чтобы точнее описать, как эти звезды развиваются и умирают, ученые обратились к компьютерному моделированию. Они использовали код PARSEC (PAdova and Triest Stellar Evolution Code), позволяющий воссоздавать разные сценарии звездной эволюции. В ходе работы команда проанализировала данные наблюдений за звездами в туманности Тарантул — области активного звездообразования в Большом Магеллановом Облаке.
Особое внимание астрономы уделили звездам типа WNh — разновидности звезд Вольфа–Райе, находящихся на поздней стадии горения водорода. Эти объекты сохраняют водород на поверхности, несмотря на то, что большинство топлива уже израсходовано. Температуры на их поверхности достигают от 40 до 50 тысяч градусов по Цельсию. Это заметно выше, чем предсказывают устаревшие модели, которые предполагали, что звёзды постепенно расширяются и охлаждаются.
Авторы работы провели калибровку параметров потери массы, сопоставив наблюдаемые характеристики с расчетами. Благодаря этому они разработали обновленную модель, в которой более интенсивные ветры не дают звездам расширяться и терять температуру. В результате они дольше сохраняют компактность и высокую яркость.
Сильные звездные ветры, помимо выброса вещества, могут повлиять и на процесс образования черных дыр. По словам исследователей, такие потери массы могут мешать формированию черных дыр промежуточной массы — объекта, чья масса лежит между привычными звёздными чёрными дырами и сверхмассивными черными дырами в центрах галактик.
Исследование также затронуло вопрос происхождения отдельных астрономических объектов. Например, R136a1 — самая массивная из известных звезд — по новым моделям могла сформироваться двумя путями: либо как результат слияния двух звезд, либо как одна гигантская звезда с первоначальной массой более 100 солнечных. Этот результат стал неожиданным даже для самих ученых.
В сценарии слияния две звезды объединяются, создавая одну — более массивную. Такой путь требует меньшей исходной массы, чем в случае формирования одной сверхтяжелой звезды. Это открывает вопрос о возможном пересмотре верхнего предела звездной массы в локальной Вселенной.
R136a1 находится в туманности Тарантул и светит в миллионы раз ярче Солнца. Ее возраст — примерно 1,5 миллиона лет. Это делает ее младенцем по космическим меркам. В то же время наше Солнце — зрелая звезда, которой уже 4,6 миллиарда лет. Разница в масштабах жизни и массы подчеркивает уникальность звезд, подобных R136a1.
Астрофизики подчеркивают важность изучения таких объектов. Хотя они живут недолго, их активность серьезно влияет на межзвездную среду. Выбросы тяжелых элементов — углерода, кислорода и других — формируют химическую основу для следующих поколений звезд. Более того, именно такие гиганты в конечном итоге становятся источниками гравитационных волн, когда черные дыры, которые из них образуются, сталкиваются между собой.
Новая модель звездной эволюции позволяет точнее прогнозировать развитие массивных звезд и их вклад в структуру Вселенной. Результаты исследования также помогут объяснить различия в наблюдаемых популяциях черных дыр и уточнить границы допустимой массы для звезд в условиях нашей Галактики.
Такой пересмотр взглядов на звездные ветры и процессы потери массы может изменить подходы к моделированию формирования черных дыр и расчетам их массы. Это особенно актуально в эпоху, когда гравитационные волны стали важным инструментом в наблюдательной астрономии.