Замість того, щоб різко померти внаслідок потужного вибуху наднової, деякі великі зірки можуть померти тихо і без помпи.
Це може пояснити загадкове і раптове зникнення деяких зірок з нічного неба, помічене астрономами протягом багатьох років, згідно з новою статтею в журналі Physical Review Letters.
Ці масивні зірки можуть повністю схлопнутися і стати чорними дірами без наднової, яка довгий час вважалася необхідною частиною смерті великої зірки.
Зірки "горять" у процесі, званому ядерним синтезом, який включає в себе об'єднання легших атомів водню у важчий гелій, вивільняючи величезну кількість енергії у вигляді світла і тепла. Коли це водневе паливо починає закінчуватися, зірка вступає в більш пізню стадію свого життя і починає вмирати.
Зірки можуть померти по-різному залежно від їхньої маси. Коли у зірок закінчується водень, ядро зірки стискається і нагрівається, внаслідок чого зовнішні шари розширюються і охолоджуються, і зірка стає червоним гігантом. Менші зірки - приблизно у 8 разів масивніші за наше Сонце - зрештою витіснять ці зовнішні шари, і ядро перетвориться на білого карлика. З іншого боку, більші зірки проходять кілька стадій ядерного синтезу, створюючи все більш і більш важкі елементи, поки не буде отримано залізо, після чого ядерний синтез припиняється, зірка колапсує під дією власної гравітації, а потім вибухає з величезним викидом енергії.
Якщо маса ядра зірки, що залишилося, становить від 1,4 до 3 сонячних мас, воно колапсує в нейтронну зірку, неймовірно щільний об'єкт, що складається переважно з нейтронів, а якщо маса ядра перевищує приблизно 3 сонячних маси, воно колапсує в чорну діру. Чорна діра - це точка в просторі з настільки сильною гравітацією, що навіть світло не може покинути її.
Однак це нове дослідження виявило переконливі докази того, що величезні зірки можуть померти й утворити чорну діру без будь-якої наднової в процесі, відомому як "повний колапс".
"Ми вважаємо, що ядро зірки може колапсувати під власною вагою, як це відбувається з масивними зірками на заключній стадії їхнього життя. Але замість очікуваного для зірок стиснення, що завершується яскравим вибухом наднової, який затьмарить власну галактику, що у понад вісім разів масивніша за Сонце, колапс триває доти, доки зірка не стане чорною дірою", - сказав співавтор дослідження Алехандро Вінья-Гомез, науковий співробітник Інституту астрофізики Макса Планка, який був постдоком у Копенгагенському університеті.
На думку дослідників, це відкриття може також пояснити феномен безшумного зникнення зірок із неба без вибуху наднової.
"Якби хтось стояв і дивився на видиму зірку, що переживає повний колапс, це могло б бути схоже на спостереження за тим, як зірка раптово гасне і зникає з небес. Колапс настільки повний, що не відбувається ніякого вибуху, нічого не вислизає, і в нічному небі не видно жодної яскравої наднової. Останнім часом астрономи дійсно спостерігали раптове зникнення яскраво сяючих зірок. Ми не можемо бути впевнені у зв'язку, але результати, отримані нами під час аналізу VFTS 243, принесли результати, ми набагато ближче до достовірного пояснення", - сказала Вінья-Гомез.
Це відкриття було спричинене спостереженням подвійної зоряної системи під назвою VFTS 243 у невеликій сусідній галактиці, відомій як Велика Магелланова Хмара, що складається з великої зірки та чорної діри, яка має масу, що приблизно в 10 разів перевищує масу нашого Сонця.
Ця система повинна була мати сліди того, як зірка чорної діри в минулому стала надновою, але астрономам не вдалося знайти таких доказів.
"Зазвичай події наднових у зоряних системах можна виміряти різними способами після того, як вони відбулися. Але незважаючи на те, що VFTS 243 містить зірку, яка колапсувала в чорну діру, слідів вибуху ніде не виявлено. VFTS 243 - це екстраординарна система. Орбіта системи майже не змінилася з моменту колапсу зірки в чорну діру", - сказала Вінья-Гомез.
Астрономи очікували побачити ознаки "натального удару", коли нейтронна зірка або чорна діра, що утворилася в надновій, прискорюється до швидкості 100-1000 км на секунду величезними силами вибуху наднової. Однак чорна діра в системі VFTS 243, схоже, прискорилася лише приблизно до 4 км/с. Крім того, сили наднових зазвичай впливають на симетрію орбіти подвійної зоряної системи, але в системі VFTS 243 таких ефектів не спостерігалося.
"Орбіта VFTS майже кругла, і наш аналіз показує, що під час колапсу немає жодних ознак великої асиметрії. Це ще раз вказує на відсутність вибуху", - сказала Вінья Гомес.
Таким чином, чорна діра в системі VFTS 243, схоже, народилася без наднової.
"Наш аналіз однозначно вказує на той факт, що чорна діра у VFTS 243, найімовірніше, утворилася одразу, причому енергія здебільшого втрачалася через нейтрино", - заявила у своїй заяві співавторка Ірен Тамборра, також науковий співробітник Інституту Нільса Бора.
Очікується, що це відкриття відкриє нові двері для вивчення того, як помирають зірки і як народжуються чорні діри.
"Наші результати підкреслюють, що VFTS 243 є найкращим спостережуваним наразі випадком для теорії зоряних чорних дір, що утворилися в результаті повного колапсу, де вибух наднової не вдається і який, як показали наші моделі, можливий. Це важлива перевірка реальності для цих моделей. І ми, звісно, очікуємо, що система стане вирішальним орієнтиром для майбутніх досліджень еволюції та колапсу зірок", - сказав Тамборра.
Вивчення зірок - деталі
Європейське космічне агентство разом із NASA зробили знімки гігантського космічного об'єкта Cloverleaf, щоб дізнатися про його приховане походження. Найімовірніше, він міг виникнути завдяки зіткненню галактичних груп. Про це стало відомо з результатів дослідження, які були опубліковані в науковому журналі Astronomy and Astrophysics Letters, передає Space.
