|
Формирование черных дыр с помощью натальных толчков
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, рассматриваются условия образования черных дыр из умирающих звезд, в частности роль натальных толчков, вызванных нейтрино, в процессе формирования. Черные дыры - одни из самых загадочных объектов во Вселенной, гравитационные силы которых настолько сильны, что даже свет не может их преодолеть. На данный момент, согласно имеющимся у нас доказательствам, черные дыры - это трупы звезд, то есть они рождаются, когда звезды умирают. Однако точные механизмы их образования по-прежнему остаются загадкой. Новое исследование раскрывает некоторые из этих загадок, изучая такие процессы, как выброс звездной массы и излучение нейтрино, которые играют решающую роль в образовании черных дыр. Phys.org поговорил с первым автором, доктором Алехандро Винья-Гомесом, научным сотрудником Института астрофизики Макса Планка в Германии. Когда его спросили о мотивации изучения образования черных дыр, он сказал: "В течение последнего десятилетия моя работа вращалась вокруг пересечения физики двойных звезд и сверхновых".
|
|
|
|
"Мой интерес возрос после недавних открытий в области астрономии черных дыр. В последние годы я понял, что тяжелые черные дыры могут дать значительное представление о процессах коллапса звезд, которые приводят к их образованию". Когда звезда крупнее нашего Солнца подходит к концу своего жизненного цикла, это приводит к чрезвычайно яркому и сильному взрыву, называемому взрывом сверхновой. Эти взрывы настолько ярки, что могут на короткое время затмить светимость целой галактики и высвободить большое количество нейтрино, оставив после себя нейтронную звезду. Выброшенная во время взрыва звездная масса движется со скоростью тысячи километров в секунду, но не всегда равномерно распределена. Эта асимметрия приводит к крупномасштабным асимметриям в остатках взрыва, которые наблюдались у нейтронных звезд. Эта асимметричная выброшенная масса вызывает отдачу нейтронной звезды, называемую натальным толчком, который заставляет ее перемещаться по галактике с высокой скоростью. Натальные толчки ранее наблюдались у нейтронных звезд, но не у черных дыр.
|
|
|
Черные дыры образуются, когда вместо взрыва умирающая звезда коллапсирует сама в себя. Итак, мы подходим к вопросу, поставленному исследователями: Могут ли родовые толчки также играть роль в образовании черных дыр? "За последние годы в нашей галактике и ее окрестностях было обнаружено несколько двойных черных дыр. Обычно их обнаруживают с помощью рентгеновского излучения, но лишь немногие из них были обнаружены с помощью однострочной спектроскопии (другой метод) в виде двойных объектов, не пропускающих рентгеновские лучи", - сказал доктор Винья-Гомес. Эти двойные системы не излучают значительного количества рентгеновского излучения, что может свидетельствовать об этапах эволюции звезд в двойной системе. Исследователи выбрали галактику VFTS 243 для своего исследования, поскольку в ней находится одна из самых массивных черных дыр среди этих двойных систем. Двойная система состоит из черной дыры и массивной звезды. Исследователи хотели изучить условия, при которых образовалась черная дыра, например, потерю звездной массы и природные катаклизмы, связанные с ее образованием.
|
|
|
|
Исследователи опирались на недавние наблюдения за исчезающими звездами, то есть звездами, которые умерли и превратились в черные дыры без взрыва. Кроме того, эти двойные черные дыры звездной массы (это официальный термин) инертны, что означает, что после образования черной дыры взаимодействие между звездой и черной дырой практически отсутствует. Исследователи использовали полуаналитический подход для расчета вероятности того, что натальный толчок во время формирования черной дыры приведет к наблюдаемой конфигурации системы. Для анализа формирования системы исследователи использовали различные ограничения, такие как период обращения, эксцентриситет и системная радиальная скорость системы. Они дополнительно выполнили оценки долговременной асимметрии нейтрино во время образования черной дыры (предполагая, что это произошло в результате полного коллапса, а не взрыва). Доктор Винья-Гомес подытожил полученные результаты, сказав: "Мы обнаружили, что черная дыра VFTS 243 образовалась без взрыва и имела слабый нейтринный выброс, если таковой вообще был. Это говорит о том, что нейтрино испускались почти одинаково во всех направлениях, когда массивный прародитель коллапсировал в черную дыру".
|
|
|
|
Для VFTS 243 исследователи ограничили скорость натального удара так, чтобы она была меньше или равна примерно 10 километрам в секунду. Они обнаружили, что наиболее вероятным сценарием является выброс примерно 0,3 массы Солнца, предположительно в виде нейтрино, и черная дыра испытала натальный толчок со скоростью около 4 километров в секунду. Эти результаты имеют отношение к образованию других черных дыр, предполагая, что некоторые из них могут образоваться в результате полного коллапса без взрыва. Кроме того, долгосрочное излучение нейтрино преимущественно сферически симметрично (одинаково во всех направлениях), что объясняет отсутствие сильного натального толчка в двойной системе. Доктор Винья-Гомес добавил: "Похоже, что наша теоретическая догадка о том, что черные дыры уменьшают натальные толчки по сравнению с нейтронными звездами, была верной". "Этот анализ показывает, что VFTS 243 может быть использована в качестве эталонной системы для моделирования коллапса ядра сверхновой, то есть моделирование звезд, которые коллапсируют в черные дыры массой около десяти масс Солнца, должно соответствовать небольшим асимметриям нейтрино и натальным толчкам, которые мы выявили для VFTS 243". Создание структуры для популяции черных дыр стало бы следующим шагом для исследователей в их попытке понять эволюцию массивных звезд.
|
|
|
|
Источник
|
