Смоделирован новый сценарий взрыва массивных звезд

Астрономы впервые детально рассчитали, как в результате коллапса массивных звезд образуются гибридные звезды — крупные нейтронные звезды с кварковым ядром. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Массивные звезды, проходящие через стадию голубых сверхгигантов, заканчивают свою жизнь коллапсом ядра и вспышкой сверхновой. В этот момент все ядерное топливо звезды сгорает в ядре. Такие взрывы считаются одними из самых мощных во Вселенной. «С теоретической точки зрения в детальном понимании этого процесса существует множество белых пятен, — рассказывает старший научный сотрудник ГАИШ МГУ Елена Сорокина. — До сих пор в численных расчетах не удавалось получить нейтронную звезду, формирующуюся в процессе коллапса, массой две и больше солнечных, в то время как из наблюдений мы знаем, что такие звезды существуют: к настоящему времени их открыто уже несколько штук. В предыдущих расчетах звезды с начальными массами больше 50 масс Солнца, теряя устойчивость после исчерпания запасов топлива в центре, в конце концов схлопывались в черную дыру из-за того, что масса коллапсирующего ядра росла слишком быстро вследствие торможения разлетающейся оболочки и падения части ее вещества обратно на ядро».

В новой работе астрофизики впервые математически смоделировали взрыв сверхновой в результате коллапса массивной звезды. При расчетах начальная масса звезды равнялась 50 солнечным, модель также учитывала распад нейтронов на кварки из-за растущего давления в центре взрывающейся сверхновой.

Когда нейтроны из-за огромного давления начинают распадаться на кварки, коллапс значительно ускоряется, так как кварковое вещество может быть сжато значительно сильнее. В результате формируется дополнительная ударная волна, которая распространяется наружу по оболочке, ускоряя и выталкивая ее наружу. Этого дополнительного импульса оказывается достаточно, чтобы произошел успешный взрыв сверхновой и падение вещества оболочки на протонейтронную звезду прекратилось.

В результате формируется так называемая гибридная звезда (нейтронная звезда с кварковым ядром) с массой 2,1 солнечной, что по параметрам полностью соответствует наблюдаемым во Вселенной объектам. Энергия взрыва сверхновой также близка к типичной для таких объектов — немного больше 10⁵¹ эрг. Столько энергии не выделилось бы даже при взрыве ядерной бомбы, равной по массе Земле.

Наблюдения такого взрыва в телескопах могут быть очень разными. Картина зависит от того, как и когда звезда теряла массу в ходе своей эволюции, а потеря массы у таких массивных звезд может быть очень значительной задолго до финального взрыва. В результате астрономы-наблюдатели могут увидеть как достаточно слабую вспышку, если звезда практически не теряла вещество или сбросила оболочку за много лет до взрыва, так и сверхмощную сверхновую, светящую в десятки и сотни раз мощнее обычных, если сброс оболочки произошел за несколько месяцев до взрыва. Поэтому диагностическая ценность оптических наблюдений для данной модели невелика.

«Более важным для диагностики такого взрыва из наблюдений может оказаться обнаружение нейтрино, летящих от сверхновых. Если от обычных коллапсирующих сверхновых, без фазового перехода, ожидается один нейтринный всплеск, соответствующий моменту нейтронизации вещества при коллапсе, то для сверхновых с фазовым переходом через одну-две секунды после первого всплеска должен наблюдаться еще один, антинейтринный, соответствующий моменту фазового перехода, — добавляет Елена Сорокина. — К сожалению, с помощью современных инструментов наблюдать нейтрино возможно только от сверхновых, вспыхивающих в нашей Галактике, а это очень редкие события. Но если нам повезет, и такой взрыв произойдет, то по структуре нейтринной вспышки можно будет судить о том, какие процессы происходили во время коллапса в недрах звезды. Наблюдение второго всплеска антинейтрино, разделенного с первым во времени интервалом порядка секунды, подтвердило бы существование фазового перехода к кварковому веществу в процессе коллапса».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.