Масивні зірки, що мають масу приблизно вісім разів більшу за масу Сонця, вибухають як наднові в кінці свого життя. Ці вибухи, які залишають по собі чорну діру або нейтронну зірку, настільки енергетичні, що можуть затьмарити свої рідні галактики на декілька місяців.
Однак астрономи, схоже, виявили масивну зірку, яка уникнула вибуху і перетворилася прямо на чорну діру.
Зірки — це баланс між зовнішньою силою ядерного синтезу та внутрішньою силою власної гравітації. Коли масивна зірка вступає в останні стадії свого розвитку, вона починає втрачати запаси водню, і синтез слабшає.
Зовнішня сила від синтезу вже не може протистояти сильній гравітації зірки, і вона колапсує сама на себе. Це призводить до вибуху наднової — катастрофічної події, яка руйнує зірку і залишає чорну діру або нейтронну зірку.
Однак іноді такі зірки не вибухають як наднові, а безпосередньо перетворюються на чорні діри.
Нові дослідження показують, як одна масивна зірка без водню в галактиці Андромеди (М31) не вибухнула як наднова.
Дослідження називається “Зникнення масивної зірки, яке ознаменувало народження чорної діри в М31”. Провідним автором є Кішалай Де, науковий співробітник Інституту астрофізики та космічних досліджень Кавлі в MIT.
Такі типи наднових називаються колапсом ядра, також відомими як тип II. Вони досить рідкісні, відбуваються приблизно раз на сто років у Чумацькому Шляху.
Вчені цікавляться надновими, оскільки вони відповідають за створення багатьох важких елементів, а їхні ударні хвилі можуть ініціювати формування зірок. Вони також створюють космічні промені, які можуть досягати Землі.
Ці нові дослідження показують, що наше розуміння наднових може бути неповним.
Зірка, про яку йде мова, отримала назву M31-2014-DS1. Астрономи помітили її яскравість у середньому інфрачервоному діапазоні у 2014 році. Протягом тисячі днів її яскравість залишалася постійною. Потім, між 2016 і 2019 роками, вона різко знизилася.
Це змінна зірка, але такі коливання не можна пояснити її природою. У 2023 році її не виявили на глибоких оптичних та ближніх ІЧ-спостереженнях.
Дослідники стверджують, що зірка мала початкову масу близько 20 сонячних мас і досягла останньої фази ядерного горіння з масою близько 6,7 сонячних мас.
Їхні спостереження свідчать про те, що зірка була оточена нещодавно викинутою оболонкою з пилу, як при вибуху наднової, але немає доказів оптичного спалаху.
“Драматичне і тривале згасання M31-2014-DS1 є винятковим у контексті мінливості масивних, еволюціонуючих зірок,” пишуть автори.
“Різке зниження яскравості в M31-2014-DS1 вказує на припинення ядерного горіння разом із ударом, який не зміг подолати падаючий матеріал.”
Вибух наднової настільки потужний, що повністю долає падаючий матеріал.
“Відсутність будь-яких доказів яскравого спалаху на такій відстані свідчить про ознаки ‘невдалої’ наднової, що призводить до колапсу ядра зірки,” пояснюють автори.
Що може змусити зірку не вибухнути як наднова, навіть якщо її маса підходить для вибуху?
Наднові — це складні події. Щільність всередині колапсуючого ядра настільки велика, що електрони змушені з’єднуватися з протонами, створюючи нейтрони та нейтрино. Цей процес називається нейтронізацією і створює потужний сплеск нейтрино, який переносить близько 10% енергії спокою зірки. Такий сплеск називається нейтринним ударом.
Нейтрино отримали свою назву через те, що вони електрично нейтральні і рідко взаємодіють зі звичайною матерією. Щосекунди близько 400 мільярдів нейтрино від нашого Сонця проходять через кожну людину на Землі.
Але в щільному ядрі зірки щільність нейтрино настільки велика, що деякі з них передають свою енергію навколишньому матеріалу. Це нагріває матеріал і створює ударну хвилю.
Нейтринний удар завжди зупиняється, але іноді він відновлюється. Коли це відбувається, він створює вибух і викидає зовнішній шар наднової. Якщо ударна хвиля не відновлюється, зірка колапсує і утворює чорну діру.
У M31-2014-DS1 нейтринний удар не відновився. Дослідники змогли оцінити кількість матеріалу, викинутого зіркою, і він був значно нижчим за те, що викидає наднова.
“Ці обмеження свідчать про те, що більшість зоряного матеріалу (близько 5 сонячних мас) колапсувало в ядро, перевищуючи максимальну масу нейтронної зірки і утворюючи чорну діру,” підсумовують вони.
Близько 98% маси зірки колапсувало і створило чорну діру з масою близько 6,5 сонячних мас.
M31-2014-DS1 не єдина невдала наднова, яку виявили астрономи. Їх важко знайти, оскільки вони характеризуються тим, що не відбувається, а не тим, що відбувається. Наднову важко пропустити, оскільки вона така яскрава і раптово з’являється на небі. Стародавні астрономи записали кілька з них.
У 2009 році астрономи виявили єдину іншу підтверджену невдалу наднову. Це була червона супергігантська зірка в NGC 6946, “Галактиці Феєрверків”. Її називають N6946-BH1 і вона має масу близько 25 сонячних мас.
Після зникнення її можна було побачити лише як слабке інфрачервоне світіння. У 2009 році її яскравість зросла до мільйона сонячних яскравостей, але до 2015 року вона зникла в оптичному світлі.
Обстеження за допомогою Великого Бінокулярного Телескопа моніторило 27 найближчих галактик у пошуках зникаючих масивних зірок. Результати свідчать про те, що від 20% до 30% масивних зірок можуть закінчити своє життя як невдалі наднові. Проте M31-2014-DS1 і N6946-BH1 — це єдині підтверджені спостереження.
Ця стаття опублікована на сайті Universe Today. Прочитайте оригінальну статтю.
