Фізика смерті зірок. Учені з'ясували, що відбувається в перші хвилини після народження чорних дір

Дослідження, опубліковане на сервері препринтів arXiv, показало, що деякі чорні діри отримують значний поштовх, коли їхні батьківські зірки помирають унаслідок вибуху наднової, та викидають ці об'єкти з величезною швидкістю в космос, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

І чорні діри, і нейтронні зірки народжуються внаслідок смерті масивних звичайних зірок (із масою як мінімум у 8 разів більшою, ніж у Сонця), коли ті вже не можуть підтримувати термоядерний синтез у своєму ядрі. Сильний тиск призводить до стиснення ядра та створюється протонейтронна зірка, але решта речовини зірки відлітає в космос унаслідок вибуху наднової. Але іноді після вибуху тиск у ядрі стає ще сильнішим, і протонейтронна зірка перетворюється на чорну діру.

Але що відбувається далі, учені точно не знають. Деякі моделювання на основі спостережень за чорними дірами та нейтронними зірками припускають різні екзотичні явища. Наприклад, деякі нейтронні зірки рухаються в космосі зі швидкістю понад 5,4 млн км/год., що вказує на те, що їх сильно викинуло під час вибуху наднової. Але інші нейтронні зірки рухаються в 30 разів повільніше, а отже, вони народилися в результаті спокійнішого процесу. Із іншого боку, чорні діри майже завжди мають низьку швидкість викиду, хоча обставини їхнього народження набагато жорстокіші.

Учені змогли з'ясувати, що відбувається на початковому етапі народження чорних дір, провівши 20 комп'ютерних симуляцій вибухів наднових. Вони виявили тісний зв'язок між властивостями батьківської зірки до вибуху й утвореної нейтронної зірки або чорної діри. Коли батьківська зірка не дуже масивна та не дуже компактна, наднова виникає дуже раптово та в майже ідеальній сфері, що призводить до появи повільно рухомої нейтронної зірки.

Із іншого боку, дуже масивним і компактним батьківським зіркам потрібно більше часу, щоб вибухнути надновою, і коли відбуваються вибухи, то вони не дуже симетричні. У результаті виникає нейтронна зірка, що рухається з великою швидкістю. Вчені також виявили, що більші нейтронні зірки викидає сильніше в космос, а це означає, що більша частина маси батьківської зірки потрапляє в нейтронну зірку.

Ці батьківські зірки також змушують нейтронні зірки обертатися, і вчені з'ясували, що чим більше речовини падає на нейтронну зірку, тим сильніше її обертання. Отже, якщо батьківська зірка вибухнула асиметрично, то вибух не тільки виштовхує нейтронну зірку, а й розкручує її. Це може пояснити походження магнетарів, які є нейтронними зірками, що швидко обертаються, із найсильнішим магнітним полем.

Також учені показали, що існує два механізми появи чорних дір. В одному випадку батьківська зірка не вибухає повністю, але тиск на ядро зростає до такої міри, що утворюється чорна діра. Ці чорні діри досить великі. Їхня маса еквівалентна в середньому 10 масам Сонця. Але вони не отримують значного поштовху під час вибуху, і більшість чорних дір народжуються саме так.

Але іноді, як кажуть учені, батьківська зірка вибухає повністю, і більша частина її маси відлітає в космос. У результаті утворюється чорна діра з масою еквівалентною 3 масам Сонця. Водночас ці чорні діри мають неймовірну швидкість, яка перевищує 3,6 млн км/год., як показало моделювання. Але такі чорні діри зустрічаються рідко.

Вивчаючи властивості нейтронних зірок і чорних дір, астрономи можуть скласти повну картину життєвого циклу звичайних зірок.

Також Фокус писав про те, що, згідно з новим дослідженням, загадкові яскраві плями, виявлені на поверхні морів Титана (супутник Сатурна), утворюються в результаті не такого вже й загадкового явища.