Текст уведомления здесь

Аннигиляция может объяснять формирование необычных черных дыр

Коллапс гипермассивных звезд, сопровождающийся аннигиляцией пар электронов и антиэлектронов, должен сопровождаться образованием довольно массивных черных дыр, происхождение которых от звезд ранее считалось маловероятным

Исследователи из Японии и российского Института экспериментальной и теоретической физики (Москва) попробовали рассчитать эволюцию звезд с массами от 80 до 140 солнечных. Оказалось, что в конце их жизни в них идут достаточно своеобразные процессы, в ходе которых ядро звезды может насыщаться кислородом. Затем, в силу ряда экзотических процессов, звезда выбрасывает очень большую долю своей массы, становясь одним из видов сверхновых, и образует в конце концов черную дыру массой в десятки солнечных.
Добавить в закладки
Комментарии

Работа российских и японских физиков одной из первых показывает возможные пути образования черных дыр массой от 80 до 140 Солнц. Соответствующая статья направлена на публикацию в Astrophysical Journal Supplement, а с ее текстом можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Одна из крупных проблем при анализе популяций известных черных дыр — в существовании никем ранее не предсказанной группы ЧД с массой выше 10, но ниже 100 солнечных. Их (а точнее их слияния) удалось зарегистрировать с помощью гравитационного интерферометра LIGO, но, откуда бы такие дыры могли возникнуть, долго оставалось неясным. Звезды такой массы должны быть чрезвычайно редки, да и они, по ряду расчетов, должны обращать в массу ЧД не такую большую часть своей общей массы.

Авторы новой работы провели вычисления того, как должны эволюционировать звезды главной последовательности в 80—140 масс Солнца по мере своего старения (как правило, оно наступает намного быстрее, чем у маломассивных звезд, — максимум за считанные миллионы лет). Оказалось, что за короткое время в ядрах таких звезд нарабатывается очень много кислорода, а затем начинается генерация электрон-позитронных (позитрон — это антиэлектрон) пар. Такие пары после своей наработки испытывают аннигиляцию, которая протекает с выбросам фотонов высоких энергий. Фотоны эти дополнительно поднимают температуру окружающей плазмы, отчего процессы в ней, включая слияние ядер, идут еще интенсивнее.

В результате по расчетам оказалось, что каскад реакций аннигиляции электрон-позитронных пар ведет к началу быстрого сжатия богатого кислородом ядра таких массивных звезд и началу его активной пульсации с последующим взрывом и превращением звезды в сверхновую. Согласно гидродинамическому моделированию, при этом большая масса вещества — до десятков масс Солнца — погибающей звезды оказывается выброшенной в окружающую звезду пространство. В центре остается черная дыра, масса которой может достигать 50 солнечных.

Авторы анализировали эволюцию для звезд указанной массы, исходя из того, что в их составе соотношение элементов сходно с шестью звездами-примерами, взятыми ими из астрономических наблюдений. Возраст таких звезд более пяти миллиардов лет. Если звезды того времени могли образовывать черные дыры указанной массы, то (теоретически) сейчас таких дыр может быть немало и они могут отвечать за те гравиволны, которые регистрировали детекторы LIGO.

В то же время следует отметить, что на практике трудно однозначно связать черные дыры, найденные LIGO, с черными дырами, образовавшимися из звезд. Дело в том, что, судя по данным LIGO, все регистрированные ими черные дыры перед слиянием практически не вращались. Черные дыры звездного происхождения должны вращаться сравнимо с вращением звезд, которые их породили. Между тем массивные звезды, типа рассмотренных в новой работе, вращаются особенно быстро. То есть, если бы они были источником соответствующих черных дыр, не заметить их вращение было бы малореально, а на практике этого не наблюдается. Возможно, ЧД массами в десятки солнечных действительно образуются после коллапса гипермассивных звезд, но, как уже отмечено выше, сомнительно, что именно такие дыры фиксирует LIGO в последние годы.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы