«Очень массивные звезды подобны «рок-звездам» Вселенной — они могущественны, живут быстро и умирают молодыми».
Очень массивные звезды, которые коллапсируют, образуя черные дыры, могут выбрасывать гораздо больше материала за свою короткую жизнь, чем мы думали ранее.
Чтобы объяснить поведение звёзд-гигантов, вес которых в сотню раз превышает солнечный, астрономы пришли к выводу, что эти звёзды должны испускать звёздные ветры гораздо большей силы, чем считалось ранее. Эти мощные потоки частиц должны быть настолько интенсивными, чтобы срывать и рассеивать внешние слои этих огромных звёзд в космическое пространство.
С помощью компьютерного моделирования учёные показали, как звезды в двойных звёздных системах могут сливаться, образуя одиночные звёзды-сверхгиганты. Кроме того, они изучили, как мощные звёздные ветры влияют на распределение чёрных дыр, намекая на то, почему так сложно обнаружить чёрные дыры средней массы.
«Очень массивные звезды подобны «рок-звездам» Вселенной — они мощные, быстро живут и умирают молодыми», — рассказал член команды Кендалл Шепард, научный сотрудник Института перспективных исследований в Италии (известного по итальянской аббревиатуре SISSA). «Для этих очень массивных звезд их звездный ветер больше похож на ураган, чем на легкий бриз».
В то время как наше среднее по размеру солнце, как ожидается, проживет около 10 миллиардов лет, очень массивные звезды сжигают свое ядерное топливо быстрее, живя всего несколько миллионов лет или даже несколько сотен тысяч лет.
По словам Шепарда, изучение таких гигантов важно, поскольку, несмотря на свою короткую жизнь, они оказывают огромное влияние на окружающую среду.
«Сильные ветры очень массивных звезд и их возможные взрывы сверхновых выбрасывают в окружающую среду вновь образованные элементы», — сказала она. «Многие из этих элементов формируют основу новых звезд, в то время как другие, такие как углерод и кислород, являются строительными блоками жизни.
«Они также являются прародителями черных дыр, включая двойные черные дыры, которые сливаются и производят гравитационные волны , которые мы обнаруживаем на Земле».
Диета для похудения «Рок-звезда»
В новом исследовании Шепард и ее коллеги проанализировали теоретические и наблюдательные исследования очень массивных звезд.
«Такие массивные звезды невероятно редки, и существует так мало ограничений для наблюдений», — сказал Шепард. «С помощью космических и наземных телескопов исследователи недавно, наконец, смогли напрямую наблюдать несколько звезд в туманности Тарантул Большого Магелланова Облака с массами, превышающими массу нашего Солнца в 100 раз, впервые».
Предыдущие исследования показали, что самые массивные звезды в туманности Тарантул представляют собой редкий горячий и яркий тип в основном лишенных оболочки звезд Вольфа-Райе (звезды WNh) в конце фазы сжигания водорода, что означает, что на их поверхности видны остатки водорода.
«Эти звезды оказались очень горячими, около 72 540–90 000 градусов по Фаренгейту (40 000–50 000 градусов по Цельсию). Это немного слишком горячо! Стандартные модели предсказывают, что по мере старения звезды должны расширяться и остывать, в отличие от того, что показали новые наблюдения», — сказал Шепард. «Исследователи соединили две части и использовали наблюдаемые свойства для калибровки «рецепта» потери массы, чтобы объединить теорию и наблюдение».
Команда внедрила этот рецепт в свой код звездной эволюции, известный как PARSEC (код звездной эволюции PAdova и tRieste), чтобы создать новую модель, учитывающую массивные звезды туманности Тарантул.
«Наши новые модели, в которых задействованы более сильные звездные ветры, теперь соответствуют наблюдениям и теории. Сильные ветры сдирают внешние слои звезды, не давая ей остыть, при этом сохраняя состав поверхности, соответствующий звезде WNh», — пояснил Шепард. «Звезда остается более компактной и горячей дольше, в точности воспроизводя то, что показывают наблюдения».
Ученые предполагают, что звезды вроде R136a1, самой крупной из когда-либо обнаруженных (её масса в 230 раз больше солнечной, а светимость в миллионы раз выше), могли образоваться двумя разными способами. R136a1, находящаяся в туманности Тарантул, значительно моложе нашего Солнца – ей всего 1,5 миллиона лет против 4,6 миллиардов лет у Солнца.
Модель команды предполагает, что R136a1 могла возникнуть как отдельная гигантская звезда или образоваться в результате драматического слияния звезд.
«Я был удивлен, что наши результаты дают два различных возможных объяснения происхождения R136a1, самой массивной из известных звезд. Я был весьма очарован тем, что бинарное звездное слияние — когда две звезды сливаются и становятся одной, более массивной звездой — может обеспечить правдоподобное происхождение», — сказал Шепард. «Еще более интересна разница в начальной массе, которая необходима для воспроизведения R136a1 из сценариев одиночной звезды и бинарного звездного слияния».
Исследователь добавил, что для того, чтобы происхождение из одной звезды соответствовало характеристикам R136a1, звезде потребуется начальная масса более 100 солнечных масс — больше, чем требуется для происхождения из двойной звезды в результате слияния, независимо от используемого ветрового рецепта.
«Это может указывать на необходимость пересмотра того, что мы считали верхним пределом массы звезды в локальной Вселенной», — сказал Шепард.
В каком направлении дует ветер для черных дыр?
Сильные звездные ветры и вызываемая ими быстрая потеря массы также оказывают существенное влияние на массу черных дыр , которые образуются, когда массивные звезды коллапсируют под действием собственной гравитации в конце своей жизни.
«Поскольку более сильные ветры уносят большую часть массы звезды, в конце своей жизни они образуют меньшие черные дыры», — сказал Шепард. «Это исследование может пролить много света на предсказание масс черных дыр. Звездные модели, которые используют стандартные и более слабые рецепты потери массы, могут производить черные дыры средней массы».
Эти черные дыры, которые примерно в 100–10 000 раз массивнее Солнца, оказались сложной задачей для астрономов.
«Благодаря тому, что звезды теряют больше массы из-за более сильных ветров, моделирование дает меньше таких неопределенных объектов, что делает наши модели более соответствующими тому, что встречается в природе!» — сказал Шепард.
Группа также предполагает, что, вопреки существующему мнению, для превращения систем в двойные черные дыры с массами, превышающими массу Солнца более чем в 30 раз, необходимы более сильные звездные ветры .
«Еще более захватывающим является то, что, когда мы посмотрели на двойные черные дыры, которые сливаются в наших симуляциях, наши новые модели с более сильными ветрами смогли создать системы, в которых обе черные дыры были массивными», — сказал Шепард. «Это захватывающе, потому что это популяция, которая наблюдалась с помощью детекторов гравитационных волн, но которую предыдущие модели со стандартными ветрами с трудом могли создать».
Две черные дыры в этих двойных системах испускают крошечные ряби в пространстве, называемые гравитационными волнами, по мере того, как они скручиваются вместе и в конечном итоге сливаются. Но сильные звездные ветры могут быть ключом к тому, чтобы позволить этой ситуации развиться.
«При более слабых, стандартных ветрах две звезды расширяются и, скорее всего, сольются, прежде чем станут черными дырами», — пояснил Шепард. «Напротив, более сильные ветры могут раздвинуть две звезды, позволяя им выжить как паре черных дыр, которые позже могут слиться и объединиться».
Новое исследование было сосредоточено на одной конкретной среде, в Большом Магеллановом Облаке, которое имеет свой собственный уникальный химический состав. Таким образом, сказал Шепард, следующим шагом для команды будет попытка объяснить несколько необычных наблюдаемых звезд.
«Эти результаты пока не универсальны, поэтому естественным следующим шагом было бы расширить это исследование на ряд различных начальных составов, чтобы смоделировать различные среды по всей Вселенной », — заключил Шепард. «Было бы очень интересно увидеть, насколько сильно меняются прогнозируемые популяции черных дыр с этими различными начальными составами».
Товарищи, любители космоса! Если вам понравилась статья - подписывайтесь на канал! Вместе мы узнаем еще много интересного!