Нове дослідження пояснює, чому сотні зірок зникли безслідно

Протягом останніх років астрономи досліджували незвичайне явище: зірки, що зникають, залишаючи по собі небагато підказок про те, що змусило їх зникнути з нашого поля зору.

У 2019 році проєкт “Зникаючі та з’являються джерела протягом століття спостережень” (VASCO) спробував каталогізувати, скільки зірок зникло з поля зору за останні 70 років, і знайшов близько 100 зірок, які зникли без конкретного пояснення.

Зірки можуть тьмяніти, як Бетельгейзе, або вибухати як наднова, перш ніж перетворитися на чорну діру чи нейтронну зорю, але, як правило, вони не зникають з поля зору просто так.

“У механізмі, керованому сповільненими нейтрино, нейтрино оживляють ударну хвилю, що завмерла, і в кінцевому підсумку призводить до успішного вибуху”, – пишуть автори нового дослідження. “У цьому випадку зоряна мантія успішно викидається, а компактний об’єкт, що залишився, у більшості випадків є нейтронною зіркою (НЗ). Однак, якщо механізм вибуху не спрацьовує, безперервна акреція речовини на тимчасово стабільну прото-НЗ виштовхує останню за межу її маси, і утворюється чорна діра (ЧД)”.

Меншим зіркам потрібно більше часу, щоб використати своє паливо. Наше Сонце (жовтий карлик) стане червоним гігантом, коли вичерпає запаси водню, а потім крихітним білим карликом, коли вичерпає запаси гелію. Ці крихітні залишки, що складаються переважно з вуглецю та кисню, можуть врешті-решт перетворитися на теоретичні чорні карликові зорі, хоча у Всесвіті ще не було достатньо часу, щоб це сталося.

Чому ж деякі зорі просто зникають? Одне з можливих пояснень, яке було попередньо підтверджено даними нового дослідження, полягає в тому, що зорі достатньої маси можуть зазнати колапсу в чорну діру, не стаючи надновими – вони перетворюються безпосередньо в чорну діру, без масивного вибуху, якого ми звикли очікувати.

Команда досліджувала подвійну зоряну систему на краю Чумацького Шляху, відому як VFTS 243, що складається із зірки головної послідовності О та чорної діри, які обертаються навколо одна одної кожні 10,4 дні. Команда намагалася знайти ознаки того, що чорна діра виникла після вибуху наднової, включаючи викид баріонної маси і “поштовхи”, що прискорюють орбітальні об’єкти.

“В екстремальному сценарії повного колапсу в ЧД маса викинутої маси і “поштовхи” вважаються дуже низькими, – пояснює команда вчених у своїй статті. “У цьому випадку енергія маси втрачається через нейтрино і, меншою мірою, через гравітаційні хвилі. Це відрізняється від архетипового сценарію, в якому анізотропні баріонні викиди є основними носіями імпульсу”.

Команда знайшла докази того, що чорна діра утворилася з невеликою кількістю баріонного викиду, припускаючи, що вона могла утворитися внаслідок повного колапсу.

“Наші розрахунки дають обмеження на загальний поштовх і втрату маси, які, як ми вважаємо, значною мірою узгоджуються з втратою маси виключно через випромінювання нейтрино і пов’язаний з ним поштовх, – пише команда, – а не через викид баріонної маси”.

Хоча це саме по собі круто, команда припустила можливість того, що це може пояснити раптове зникнення деяких (великих) зірок.

“Якби хтось стояв і дивився на видиму зірку, яка переживає повний колапс, це могло б бути схоже на спостереження за зіркою, яка раптово згасає і зникає з неба в потрібний момент. Колапс настільки повний, що не відбувається вибуху, ніщо не вилітає, і ніхто не побачить жодної яскравої наднової в нічному небі”, – сказав Алехандро Вінья-Гомес, співавтор дослідження, у своїй заяві. “Останнім часом астрономи дійсно спостерігали раптове зникнення яскравих зірок. Ми не можемо бути впевнені у зв’язку, але результати, отримані нами в результаті аналізу VFTS 243, значно наблизили нас до правдоподібного пояснення”.

Як завжди, потрібні подальші дослідження, але спостереження є досить захоплюючими.

“Наші результати висвітлюють VFTS 243 як найкращий спостережуваний випадок для теорії зоряних чорних дір, що утворюються внаслідок повного колапсу, коли вибух наднової не відбувається, і який, як показали наші моделі, можливий”, – додала професор Ірен Тамборра з Інституту Нільса Бора, співавтор дослідження. “Це важлива перевірка реальності для цих моделей. І ми, безумовно, очікуємо, що система послужить важливим орієнтиром для майбутніх досліджень зоряної еволюції і колапсу”.