Астрономы выяснили, как некоторые умирающие звезды выталкивают из утробы младенцев — черные дыры, и это не очень красиво.
Эти редкие черные дыры получают значительный толчок, когда их родительские звезды умирают в результате катаклизмического взрыва, выбрасывая новорожденных гравитационных обжор на невероятных скоростях, говорится в новом исследовании.
Полученные результаты могут пролить свет на загадочные первые моменты жизни черной дыры.
Черные дыры и нейтронные звезды рождаются в сердцах массивных умирающих звезд. Когда звезды, масса которых в восемь раз превышает массу Солнца, подходят к концу своей жизни, в их ядрах происходит плавление железа. Интенсивное давление превращает это железное ядро в протонейтронную звезду — сгусток нейтронов размером с город. Этот сгусток может на время остановить гравитационный коллапс остальной части звезды. В свою очередь, эта остановка обычно приводит к взрыву сверхновой. Но иногда в сердце этих взрывов может повыситься давление, и протонейтронная звезда превратится в черную дыру.
Что произойдет дальше, остается только догадываться. Предыдущие компьютерные модели сверхновых моделировали лишь менее секунды этого процесса — достаточно, чтобы зафиксировать сам взрыв. А наблюдения за реальными черными дырами и нейтронными звездами говорят о всевозможных странностях физики. Некоторые нейтронные звезды движутся со скоростью более 5,4 млн км/ч, что указывает на то, что их сильно выбило во время взрыва, в то время как другие движутся в 30 раз медленнее, что говорит о более спокойном процессе рождения.
Черные дыры, с другой стороны, почти всегда имеют низкую скорость «выбивания», хотя обстоятельства их создания гораздо более жестокие.
Команда астрономов выяснила неловкий период новорожденности черных дыр и нейтронных звезд, проведя 20 компьютерных симуляций сверхновых. Моделирование длилось достаточно долго, чтобы показать, как каждый объект был «отброшен» своей родительской звездой. Их работа была опубликована в базе данных препринтов arXiv 20 ноября и отправлена на рецензирование в журнал The Astrophysical Journal.
Астрономы обнаружили тесную связь между свойствами родительской звезды до взрыва (известной как «прародитель») и образовавшейся нейтронной звездой или черной дырой. Если родительская звезда не очень массивна и не очень компактна — то есть ее внешние слои увеличены по отношению к ядру, — сверхновая происходит очень внезапно и почти в идеальной сфере, что приводит к образованию медленно движущейся нейтронной звезды.
С другой стороны, очень массивным и компактным прародителям требуется больше времени, чтобы стать сверхновыми, и когда взрывы происходят, они не очень симметричны. В результате из хаоса появляется быстро движущаяся нейтронная звезда с ударной волной. Исследователи также обнаружили, что более крупные нейтронные звезды имеют тенденцию получать более сильные толчки, что означает, что большая часть массы компактного прародителя в ядре оказывается в нейтронной звезде.
Предшественники также посылают нейтронные звезды во вращение, и исследователи обнаружили, что, как правило, чем сильнее удар, тем больше вращение. Так что если звезда-прародительница взорвалась асимметрично, то неравномерный взрыв не только выталкивает нейтронную звезду, но и раскручивает ее. Это может объяснить происхождение магнетаров — быстро вращающихся, сверхнамагниченных нейтронных звезд.
Два механизма образования объясняют, как черные дыры получают удар. В одном случае прародитель не взрывается полностью, но давление на ядро возрастает до такой степени, что образуется черная дыра. Такие черные дыры довольно велики — в среднем около 10 масс Солнца — и их почти не удается вытолкнуть. Большинство черных дыр попадают в эту категорию.
Но черные дыры могут образовываться и по другому пути. В некоторых случаях звезда-прародительница полностью взрывается и уносит с собой большую массу, оставляя после себя черную дыру меньшего размера, примерно в три солнечных массы. Интересно, что эти черные дыры получают невероятную скорость удара, превышающую 3,6 млн км/ч, говорится в исследовании. Однако такие быстродвижущиеся черные дыры встречаются довольно редко.
Исследование устанавливает важную связь между тем, что мы можем наблюдать (нейтронные звезды и черные дыры, движущиеся по Вселенной), и тем, что мы не можем (а именно, деталями самого процесса взрыва прародителя). Изучая свойства нейтронных звезд и черных дыр, астрономы смогут составить полную картину звездного жизненного цикла.
Нет комментариев