Массивные звезды, примерно в восемь раз массивнее Солнца, взрываются как сверхновые в конце своей жизни. Взрывы, которые оставляют после себя черную дыру или нейтронную звезду, настолько энергичны, что могут затмевать свои родительские галактики в течение месяцев. Однако астрономы, похоже, заметили массивную звезду, которая пропустила взрыв и превратилась прямо в черную дыру.
Звезды балансируют между внешней силой слияния и внутренней силой собственной гравитации. Когда массивная звезда вступает в последние стадии эволюции, у нее начинает заканчиваться водород, и ее слияние ослабевает. Внешняя сила слияния больше не может противостоять мощной гравитации звезды, и звезда коллапсирует сама в себя. Результатом является взрыв сверхновой, катастрофическое событие, которое уничтожает звезду и оставляет после себя черную дыру или нейтронную звезду.
Однако, по-видимому, иногда эти звезды не взрываются как сверхновые, а вместо этого сразу превращаются в черные дыры.
Новое исследование показывает, как одна массивная, обедненная водородом сверхгигантская звезда в галактике Андромеды (M31) не взорвалась как сверхновая. Исследование называется « Исчезновение массивной звезды, знаменующее рождение черной дыры в M31 ». Ведущий автор — Кишалаи Де, научный сотрудник 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 в Млечном Пути они случаются примерно раз в сто лет. Ученые интересуются сверхновыми, поскольку они отвечают за создание многих тяжелых элементов, а их ударные волны могут вызывать звездообразование. Они также создают космические лучи, которые могут достигать Земли.
Новое исследование показывает, что мы, возможно, не так хорошо понимаем сверхновые, как думали.
Звезда, о которой идет речь, называется M31-2014-DS1. Астрономы заметили, что она стала ярче в среднем инфракрасном диапазоне (MIR) в 2014 году. В течение тысячи дней ее светимость была постоянной. Затем, в течение еще тысячи дней между 2016 и 2019 годами, она резко потускнела. Это переменная звезда, но это не может объяснить эти колебания. В 2023 году ее не обнаружили в глубоких оптических и ближних ИК-наблюдениях.
Исследователи говорят, что звезда родилась с начальной массой около 20 звездных масс и достигла своей конечной ядерной фазы 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.
«Драматическое и устойчивое затухание M31-2014-DS1 является исключительным явлением в ландшафте изменчивости массивных эволюционировавших звезд», — пишут авторы. «Внезапное падение светимости M31-2014-DS1 указывает на прекращение ядерного горения вместе с последующим ударом, который не может преодолеть падающий материал». Взрыв сверхновой настолько мощный, что он полностью преодолевает падающий материал.
«В отсутствие каких-либо доказательств яркой вспышки на таком близком расстоянии наблюдения M31-2014-DS1 указывают на признаки «неудавшейся» сверхновой, которая приводит к коллапсу ядра звезды», — объясняют авторы.
Что может помешать звезде взорваться как сверхновая, даже если ее масса подходит для взрыва?
Сверхновые — это сложные события. Плотность внутри коллапсирующего ядра настолько экстремальна, что электроны вынуждены объединяться с протонами, создавая как нейтроны, так и нейтрино. Этот процесс называется нейтронизацией, и он создает мощный всплеск нейтрино, который несет около 10% энергии массы покоя звезды. Всплеск 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 сквозь каждого человека на Земле. Но в плотном ядре звезды плотность нейтрино настолько экстремальна, что некоторые из них отдают свою энергию окружающему звездному материалу. Это нагревает материал, который генерирует ударную волну.
Нейтринный шок всегда останавливается, но иногда он оживает. Когда он оживает, он запускает взрыв и выбрасывает внешний слой сверхновой. Если он не оживает, ударная волна рушится, и звезда коллапсирует и образует черную дыру.
В M31-2014-DS1 нейтринный шок не возродился. Исследователи смогли ограничить количество материала, выброшенного звездой, и оно было намного ниже того, что выбрасывает сверхновая. «Эти ограничения подразумевают, что большая часть звездного материала (?5 солнечных масс) коллапсировала в ядро, превысив максимальную массу нейтронной звезды (NS) и образовав ЧД», — заключают они. Около 98% массы звезды коллапсировало и создало черную дыру с массой около 6,5 солнечных масс.
M31-2014-DS1 — не единственная неудавшаяся сверхновая или кандидат в неудавшуюся сверхновую, которую обнаружили астрономы. Их трудно обнаружить, потому что они характеризуются тем, чего не происходит, а не тем, что происходит. Сверхновую трудно не заметить, потому что она очень яркая и появляется на небе внезапно. Древние астрономы зафиксировали несколько из них .
В 2009 году астрономы обнаружили единственную другую подтвержденную неудавшуюся сверхновую. Это была сверхгигантская красная звезда в NGC 6946, «Галактике Фейерверк». Она получила название N6946-BH1 и имела около 25 солнечных масс. После исчезновения из поля зрения она оставила лишь слабое инфракрасное свечение. В 2009 году ее светимость возросла до миллиона солнечных светимостей, но к 2015 году она исчезла в оптическом свете.
Исследование с помощью Большого бинокулярного телескопа отслеживало 27 близлежащих галактик в поисках исчезающих массивных звезд. Результаты показывают, что от 20% до 30% массивных звезд могут закончить свою жизнь как неудавшиеся сверхновые. Однако M31-2014-DS1 и N6946-BH1 являются единственными подтвержденными наблюдениями.
Источник: « Исчезновение массивной звезды, знаменующее рождение черной дыры в M31 »
На изображениях:
Художественное представление взрыва сверхновой II типа. Эти сверхновые взрываются, когда массивная звезда приближается к концу своей жизни и оставляет после себя либо черную дыру, либо нейтронную звезду. Но иногда сверхновая не взрывается и сразу коллапсирует в черную дыру.
Источник: ESO
Также на иллюстрации показана неудавшаяся сверхновая, превращающаяся напрямую в черную дыру без взрыва.
Источник: NASA/ESA/P. Jeffries (STScI)
Дополнительные материалы
