Массивные звезды, проходящие через стадию голубых сверхгигантов, заканчивают свою жизнь коллапсом ядра и вспышкой сверхновой
В результате коллапса массивных звезд могут образовываться не только черные дыры или вспыхивать сверхновые. Иногда появляются гибридные звезды — это крупные нейтринные звезды с кварковым ядром. Такие объекты астрономам были известны, однако механизм их образования оставался неизученным. Международный коллектив астрофизиков с участием специалистов из МГУ имени М. В. Ломоносова впервые детально рассчитал, как образуются такие объекты во Вселенной, сообщает пресс-служба университета. Результаты работы опубликованы в престижном научном журнале Nature Astronomy.
Массивные звезды, проходящие через стадию голубых сверхгигантов, заканчивают свою жизнь коллапсом ядра и вспышкой сверхновой. В этот момент все ядерное топливо звезды сгорает в ядре. Такие взрывы считаются одними из самых мощных во Вселенной.
«С теоретической точки зрения в детальном понимании этого процесса существует множество белых пятен. До сих пор в численных расчетах не удавалось получить нейтронную звезду, формирующуюся в процессе коллапса, массой две и больше солнечных масс, в то время как из наблюдений мы знаем, что такие звезды существуют: к настоящему времени их открыто уже несколько штук, — рассказывает старший научный сотрудник отдела физики эмиссионных звезд и галактик Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга (ГАИШ) МГУ Елена Сорокина. — В предыдущих расчетах звезды с начальными массами больше 50 масс Солнца, теряя устойчивость после исчерпания запасов топлива в центре, в конце концов схлопывались в черную дыру, из-за того что масса коллапсирующего ядра росла слишком быстро вследствие торможения разлетающейся оболочки и падения части ее вещества обратно на ядро».
Международная группа астрофизиков под руководством Тобиаса Фишера из Польши при участии ученых из ГАИШ впервые математически смоделировала взрыв сверхновой в результате коллапса массивной звезды. При расчетах начальная масса звезды равнялась 50 солнечным, модель также учитывала распад нейтронов на кварки из-за растущего давления в центре взрывающейся сверхновой.
Когда нейтроны из-за огромного давления начинают распадаться на кварки, коллапс значительно ускоряется, так как кварковое вещество может быть сжато значительно сильнее. В результате формируется дополнительная ударная волна, которая распространяется наружу по оболочке, ускоряя и выталкивая ее наружу. Этого дополнительного импульса оказывается достаточно, чтобы произошел успешный взрыв сверхновой и падение вещества оболочки на протонейтронную звезду прекратилось.
В результате формируется так называемая гибридная звезда — нейтронная звезда с кварковым ядром массой 2,1 солнечной, что по параметрам полностью соответствует наблюдаемым во Вселенной объектам. Энергия взрыва сверхновой также близка к типичной для таких объектов — немного больше 1051 эрг. Столько энергии не выделилось бы даже при взрыве ядерной бомбы, равной по массе Земле.
Наблюдения такого взрыва в телескопах могут быть очень разными. Картина зависит от того, как и когда звезда теряла массу в ходе своей эволюции, а потеря массы у таких массивных звезд может быть очень значительной задолго до финального взрыва. В результате астрономы-наблюдатели могут увидеть как достаточно слабую вспышку, если звезда практически не теряла вещество или сбросила оболочку за много лет до взрыва, так и сверхмощную сверхновую, светящую в десятки и сотни раз мощнее обычных, если сброс оболочки произошел за несколько месяцев до взрыва. Поэтому диагностическая ценность оптических наблюдений для данной модели невелика.
«Более важным для диагностики такого взрыва из наблюдений может оказаться обнаружение нейтрино, летящих от сверхновых. Если от обычных коллапсирующих сверхновых, без фазового перехода, ожидается один нейтринный всплеск, соответствующий моменту нейтронизации вещества при коллапсе, то для сверхновых с фазовым переходом через одну-две секунды после первого всплеска должен наблюдаться еще один — антинейтринный — соответствующий моменту фазового перехода, — добавляет Елена Сорокина. — К сожалению, с помощью современных инструментов наблюдать нейтрино возможно только от сверхновых, вспыхивающих в нашей галактике, а это очень редкие события. Но если нам повезет и такой взрыв произойдет, то по структуре нейтринной вспышки можно будет судить о том, какие процессы происходили во время коллапса в недрах звезды. Наблюдение второго всплеска антинейтрино, разделенного с первым во времени интервалом порядка секунды, подтвердило бы существование фазового перехода к кварковому веществу в процессе коллапса».
По информации https://stimul.online/news/rozhdenie-gibridnykh-zvezd/
