Пропавшая звезда

18:30 29/01/2018
👁 129

везда N6946-BH1 из галактики NGC 6946

Перед вами два снимка, сделанных телескопом «Хаббл». На них показана одна и та же область неба с разницей в 8 лет: левое изображение сделано в 2007 году, правое — в 2015 году. Слева обведена звезда N6946-BH1 из галактики NGC 6946, удаленной от нас примерно на 22 млн световых лет. Это красный сверхгигант с массой, равной 25 массам Солнца. Справа обведено то же место — но никакой звезды там больше нет. Не могла же огромная тяжелая звезда просто взять и исчезнуть бесследно?

Чтобы понять, куда могла подеваться звезда, нужно вспомнить, как проходят последние стадии эволюции тяжелых звезд.

В конце жизненного пути звезды в ее недрах выгорает «топливо», способное производить достаточное давление для противодействия гравитационному сжатию. В звездах с массами более 10 масс Солнца температура в ядре составляет несколько десятков миллионов кельвин. Это настолько много, что вместо типичной pp-цепочки термоядерных реакций главной с точки зрения энерговыделения звезды становится CNO-цепочка горения углерода и кислорода, и в центре активно генерируются все элементы вплоть до железа и никеля. Когда легкие элементы заканчиваются (они и составляют основную часть «топлива»), давление в центре звезды снижается и самогравитация заставляет оболочку звезды сжиматься и падать на ядро, давление которого более не способно ее удерживать.

Таким образом, ядро тяжелеет, а достигая критической массы (1,44 массы Солнца — предел Чандрасекара) — начинает коллапсировать. В англоязычной литературе этот процесс так и называют — core collapse (сжатие ядра). Такое сжатие настолько энергично, что внешние слои ядра достигают скорости примерно 20% от скорости света. Ядро фактически отрывается от внешней оболочки, сжимаясь само по себе.

Если звезда не слишком тяжелая (менее ~25 масс Солнца), то сжатие может быть резко остановлено из-за давления плотно упакованных нейтронов (происходит так называемое вырождение нейтронов), а внешняя оболочка ядра «отражается» от внутренней, образуя ударную волну, распространяющуюся наружу. Такой случай называется взрывом сверхновой II типа, или «core-collapse supernova» (см. видео). Механизм взрыва таких сверхновых разработан не до конца, но астрофизики всего мира занимаются этим вопросом, проводя дорогостоящие симуляции и разбираясь, как различные параметры вроде магнитного поля, вращения, взаимодействия ядра с оболочкой и т. д. влияют на взрыв.

Однако в нашем случае никакого взрыва сверхновой в этой области зарегистрировано не было, а также не заметно никаких остатков, которые бы указывали на взрыв. Дело в том, что если масса падающей оболочки слишком большая, то даже давление вырожденных нейтронов не может остановить коллапс, и вещество сжимается до тех пор, пока не образуется черная дыра. При этом часть оболочки всё же выбрасывается наружу, образуя аккреционный диск вокруг горизонта событий.

Непосредственно перед этим таинственным «исчезновением» яркость звезды увеличилась на порядок на несколько месяцев. Это позволило оценить, что в течение 3–10 месяцев перед коллапсом звезда выбрасывала наружу значительные порции своего вещества со скоростью несколько сотен км/с.

Изменение яркости звезды N6946-BH1 со временем

Вообще говоря, существование таких объектов, которые без взрыва коллапсируют в черные дыры, до сих пор не доказано. Они иногда называются failed supernovae (неудавшиеся сверхновые). Если подтвердится, что N6946-BH1 — действительно неудавшаяся сверхновая, схлопнувшаяся в черную дыру, то это будет первым явным доказательством того, что слишком тяжелые звезды не могут взрываться по механизму core-collapse. Для полной уверенности пока не хватает нескольких ключевых наблюдений.

Во-первых, может так быть, что никакой черной дыры и нет, а просто из-за мощного выброса звезда скрылась за толстым слоем пыли. Наблюдения «Хаббла» могут сказать о таком сценарии очень мало — этот телескоп работает в оптическом и ИК-диапазонах, для которых пыль непрозрачна. Чтобы разобраться с этим, нужно будет провести наблюдения в микронном диапазоне, в котором излучает пыль, чтобы оценить ее количество (этим, скорее всего займется будущий телескоп имени Джеймса Уэбба). Во-вторых, для полной уверенности, что все-таки там теперь есть черная дыра, хорошо бы обнаружить рентгеновское излучение, которое указывало бы на наличие аккреционного диска, доходящего вплоть до горизонта событий.


Источник

Добавить комментарий