Понимание образования черных дыр посредством натальных ударов и испускания нейтрино
В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, изучаются условия формирования черных дыр из умирающих звезд, в частности роль нейтринно-индуцированных натальных ударов в процессе образования.
Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной, гравитационные силы которых настолько сильны, что даже свет не может их избежать. Согласно имеющимся на сегодняшний день данным, черные дыры — это трупы звезд, то есть они рождаются, когда звезды умирают.
Однако точные механизмы их образования до сих пор остаются загадкой. Новое исследование решает некоторые из этих загадок, изучая такие процессы, как выброс звездной массы и испускание нейтрино, которые играют решающую роль в формировании черных дыр.
Phys.org побеседовал с первым автором исследования доктором Алехандро Винья-Гомесом, исследователем из Института астрофизики Макса Планка в Германии.
Когда его спросили о мотивах изучения образования черных дыр, он сказал: «В последнее десятилетие моя работа вращалась вокруг пересечения физики двойных звезд и физики сверхновых».
«Мой интерес возрос после недавних прорывов в астрономии черных дыр. В последние годы я понял, что тяжелые черные дыры могут дать значительное представление о процессах звездного коллапса, которые привели к их образованию».
Натальные удары и нейтронные звезды
Когда звезда, превосходящая по размерам наше Солнце, достигает конца своей жизни, она вызывает чрезвычайно яркий и сильный взрыв, называемый взрывом сверхновой. Эти взрывы настолько яркие, что могут на короткое время затмить светимость целой галактики и выбросить большое количество нейтрино, оставив после себя нейтронную звезду.
Звездная масса, выброшенная при взрыве, имеет скорость в тысячи километров в секунду, но не всегда распределена равномерно. Эта асимметрия приводит к крупномасштабной асимметрии остатков взрыва, наблюдаемой у нейтронных звезд.
Эта асимметричная выброшенная масса вызывает отдачу нейтронной звезды, называемую натальным ударом, который заставляет ее двигаться на высоких скоростях по всей галактике. Натальные ударные волны ранее наблюдались у нейтронных звезд, но не у черных дыр, деньги в долг под расписку в.
Черные дыры образуются, когда умирающая звезда не взрывается, а коллапсирует сама в себя. Итак, мы подошли к вопросу, поставленному исследователями: могут ли натальные потрясения также играть роль в образовании черных дыр?
Двойные черные дыры
«В последние годы в нашей галактике и ее окрестностях было открыто несколько двойных черных дыр. Обычно их обнаруживают с помощью рентгеновских лучей, но немногие из них были обнаружены с помощью однолинейной спектроскопии. [другой метод] как рентгеновские двойные системы», — говорит доктор Винья-Гомес.
Эти двойные системы не излучают значительного количества рентгеновского излучения, что может указывать на этапы эволюции звезд в двойной системе.
Исследователи выбрали для изучения галактику VFTS 243, поскольку она содержит одну из самых массивных черных дыр среди этих двойных систем.
Бинарная система состоит из черной дыры и массивной звезды. Исследователи хотели изучить условия, при которых образовалась черная дыра, потерю звездной массы и натальные толчки, связанные с ее формированием.
Исследователи основывают свои выводы на недавних наблюдениях за исчезающими звездами, то есть звездами, которые умерли и превратились в черные дыры, не взорвавшись. Кроме того, эти двойные черные дыры со звездной массой (таков официальный термин) инертны, что означает слабое взаимодействие между звездой и черной дырой после ее образования.
Ограничения натального удара
Исследователи использовали полуаналитический подход для расчета вероятности того, что натальный удар во время формирования черной дыры приведет к наблюдаемой конфигурации системы.
Исследователи использовали различные ограничения, такие как орбитальный период, эксцентриситет и системная радиальная скорость системы, для анализа ее формирования. Кроме того, они провели оценку долгосрочной нейтринной асимметрии при образовании черной дыры (в предположении, что она возникла в результате полного коллапса, а не взрыва).
Доктор Винья-Гомес подытожил результаты исследования, сказав: «Мы обнаружили, что черная дыра VFTS 243 образовалась без взрыва и имела низкий уровень натального нейтринного излучения, если оно вообще было. Это говорит о том, что нейтрино испускались почти равномерно во всех направлениях, когда массивный прародитель коллапсировал в черную дыру».
Для VFTS 243 исследователи ограничили скорость натального удара не более чем 10 километрами в секунду. Они пришли к выводу, что наиболее вероятным сценарием является выброс около 0,3 солнечной массы, предположительно в виде нейтрино, и черная дыра испытала натальный удар со скоростью около 4 километров в секунду.
Будущая работа
Эти результаты имеют отношение к формированию других черных дыр, предполагая, что некоторые из них могут образовываться путем полного коллапса без взрыва.
Кроме того, долгосрочное нейтринное излучение преимущественно сферически симметрично (одинаково во всех направлениях), что объясняет отсутствие сильного натального удара по двойной системе.
Доктор Винья-Гомес добавил: «Похоже, что теоретическая интуиция, которую мы построили на том, что черные дыры имеют меньше натальных ударов по сравнению с нейтронными звездами, оказалась верной».
«Этот анализ показывает, что VFTS 243 можно использовать в качестве эталонной системы для моделирования сверхновых с коллапсом ядра, а это значит, что моделирование звезд, коллапсирующих в черные дыры с массами около десяти масс Солнца, должно соответствовать небольшим нейтринным асимметриям и натальным толчкам, которые мы обнаружили для VFTS 243».
Создание структуры населения черных дыр станет следующим шагом исследователей в их попытке понять эволюцию массивных звезд.
Поделитесь в вашей соцсети👇
