Пропала зірка • Айк Акопян • Наукова картинка дня на "Елементи" • Астрономія

Пропала зірка

Перед вами два знімки, зроблені телескопом "Хаббл". На них показана одна і та ж область неба з різницею у 8 років: ліве зображення зроблено в 2007 році, праве – в 2015 році. Зліва обведена зірка N6946-BH1 з галактики NGC 6946, віддаленої від нас приблизно на 22 млн світлових років. Це червоний надгігант з масою, що дорівнює 25 мас Сонця. Справа обведено той же місце – але ніякої зірки там більше немає. Не могла ж величезна важка зірка просто взяти і зникнути безслідно?

Щоб зрозуміти, куди могла подітися зірка, потрібно згадати, як проходять останні стадії еволюції важких зірок.

В кінці життєвого шляху зірки в її надрах вигорає "паливо", здатне виробляти достатню тиск для протидії гравітаційного стиску (див. Завдання "Зоряне рівновагу" і "Головна послідовність"). У зірках з масами понад 10 мас Сонця температура в ядрі становить кілька десятків мільйонів коливань. Це настільки багато, що замість типової pp-ланцюжка термоядерних реакцій (див. Задачу "Детектор для нейтрино") головною з точки зору енерговиділення зірки стає CNO-ланцюжок горіння вуглецю і кисню, і в центрі активно генеруються всі елементи аж до заліза і нікелю.Коли легкі елементи закінчуються (вони і складають основну частину "палива"), тиск в центрі зірки знижується і самогравітація змушує оболонку зірки стискатися і падати на ядро, тиск якого більше не здатна її утримувати.

Таким чином, ядро ​​важчає, а досягаючи критичної маси (1,44 маси Сонця – межа Чандрасекара) – починає коллапсировать. В англомовній літературі цей процес так і називають – core collapse (стиснення ядра). Таке стиснення настільки енергійно, що зовнішні шари ядра досягають швидкості приблизно 20% від швидкості світла. Ядро фактично відривається від зовнішньої оболонки, стискаючись саме по собі.

Якщо зірка не дуже важка (менш ~ 25 мас Сонця), то стиснення може бути різко зупинено через тиск щільно упакованих нейтронів (відбувається так зване виродження нейтронів), а зовнішня оболонка ядра "відбивається" від внутрішньої, утворюючи ударну хвилю, що поширюється назовні . Такий випадок називається вибухом наднової II типу, або "core-collapse supernova" (див. Відео). Механізм вибуху таких наднових розроблений не до кінця, але астрофізики всього світу займаються цим питанням, проводячи дорогі симуляції і розбираючись, як різні параметри на зразок магнітного поля, обертання, взаємодії ядра з оболонкою і т. Д. Впливають на вибух.

Однак в нашому випадку ніякого вибуху наднової в цій області зареєстровано не було, а також не помітно ніяких залишків, які б вказували на вибух. Справа в тому, що якщо маса падаючої оболонки занадто велика, то навіть тиск вироджених нейтронів не може зупинити колапс, і речовина стискається до тих пір, поки не утвориться чорна діра. При цьому частина оболонки все ж викидається назовні, утворюючи аккреційний диск навколо горизонту подій.

Безпосередньо перед цим таємничим "зникненням" яскравість зірки збільшилася на порядок на кілька місяців. Це дозволило оцінити, що протягом 3-10 місяців перед колапсом зірка викидала назовні значні порції свого речовини зі швидкістю кілька сотень км / с.

Зміна яскравості зірки N6946-BH1 згодом. Мітки різної форми відповідають даним з різних телескопів, різні кольори ліній – випромінювання на різних довжинах хвиль. За вертикальної осі відкладено відношення яскравості зірки до яскравості Сонця, по горизонтальній осі – час в юліанських днями. Графік зі статті S. M. Adams et al., 2017. The search for failed supernovae with the Large Binocular Telescope: confirmation of a disappearing star

Взагалі кажучи, існування таких об'єктів, які без вибуху коллапсируют в чорні діри, до сих пір не доведено. Вони іноді називаються failed supernovae (невдалі наднові).Якщо підтвердиться, що N6946-BH1 – дійсно невдала наднова, схлопнувшаяся в чорну діру, то це буде першим явним доказом того, що занадто важкі зірки не можуть вибухати за механізмом core-collapse. Для повної впевненості поки не вистачає кількох ключових спостережень.

По-перше, може так бути, що ніякої чорної діри і немає, а просто через потужний викиду зірка зникла за товстим шаром пилу. Спостереження "Хаббла" можуть сказати про такий сценарій дуже мало – цей телескоп працює в оптичному і ІК-діапазонах, для яких пил непрозора. Щоб розібратися з цим, потрібно буде провести спостереження в микронном діапазоні, в якому випромінює пил, щоб оцінити її кількість (цим, швидше за все займеться майбутній телескоп імені Джеймса Вебба). По-друге, для повної впевненості, що все-таки там тепер є чорна діра, добре б виявити рентгенівське випромінювання, яке вказувало б на наявність аккреционного диска, що доходить аж до горизонту подій.

Фото © NASA / ESA / C. Kochanek з сайту photojournal.jpl.nasa.gov.

Айк Акопян


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: