Что происходит со звездами, которые не погибают при взрыве?
Образование Сверхновой — это один из способов, с помощью которого звезда завершает свою жизнь, но есть и другие способы: образование черных дыр, нейтронных звезд и белых карликов.
В нашей огромной Вселенной звезды проходят общий жизненный путь: они рождаются, светят на протяжении всей своей жизни и часто заканчивают ее мощным взрывом, известным как сверхновая. Сверхновые, они же взрывы, в несколько миллиардов раз ярче Солнца, но не все звезды соответствуют такому энергичному и драматичному концу. Некоторые массивные звезды, даже намного больше нашего Солнца, тихо исчезают без всякого взрыва, возможно, оставляя после себя черные дыры. Это необычное явление озадачило астрономов и позволило глубже понять сложную жизнь и смерть звезд.
Введение: Ожидаемая сверхновая
Согласно стандартной теории, звезды, масса которых более чем в восемь раз превышает массу нашего Солнца, должны распрощаться с существованием с помощью грандиозной сверхновой. Эти массивные звезды начинаются как горячие, яркие, голубые гиганты, генерирующие энергию за счет ядерных реакций. Эта энергия поддерживает их стабильность, сохраняя баланс между внешним давлением газа и внутренним притяжением гравитации.
Однако, когда эти массивные звезды исчерпывают свое ядерное топливо, они трансформируются. Они начинают расширяться и превращаются в красные сверхгиганты, достигая в итоге таких огромных размеров, что, будь наше Солнце сопоставимого размера, оно поглотило бы все планеты нашей Солнечной системы от Меркурия до Юпитера!
Обычно отмечается, что, когда звезда приближается к завершению своего жизненного цикла, ее ядро сжимается, выбрасывая всплеск нейтрино. Эти элементарные частицы не взаимодействуют с другими частицами и, как правило, беспрепятственно проходят сквозь материю. Они образуются в значительных количествах, когда ядро коллапсирует, создавая силу, достаточную для выброса внешних слоев звезды, что приводит к мощному взрыву сверхновой.
Красный сверхгигант
Красный гигант возникает, когда звезда приближается к концу своего жизненного цикла, исчерпав запасы водорода, необходимого для ядерного синтеза. Этот переход знаменует собой начало заката и окончательной трансформации звезды.
Астрономы наблюдали многочисленные взрывы сверхновых, происходящие во внегалактических областях, как правило, богатых массивными звездами, например в спиральных рукавах. Поэтому принято считать, что большинство рождающихся звезд с массой, в восемь раз превышающей массу нашего Солнца, заканчиваются взрывами сверхновых.
Тем не менее, на протяжении десятилетий ученые, работающие над теоретическими моделями, сталкивались с проблемами при попытке воспроизвести взрывы таких массивных звезд с помощью компьютерного моделирования.
Расхождения между наблюдениями и теоретическими моделями в области астрофизики — не редкость. Исследователи часто связывают эту проблему с ограничениями в моделировании экстремальных условий внутри таких массивных звезд.
Доказательства, полученные при анализе данных
В последние годы прогресс в наблюдательной астрономии позволил экспертам получить важнейшие сведения. Астрономы провели «звездные вскрытия», в ходе которых изучили изображения галактик до взрыва, чтобы определить, какая звезда привела к сверхновой. Удивительно, но большинство звезд, ставших сверхновыми, были красными сверхгигантами.
Однако эти красные сверхгиганты не охватывали весь диапазон масс от 8 до 30 масс Солнца, что вызвало странную проблему, получившую название «проблема красных сверхгигантов».
По имеющимся данным, только красные сверхгиганты с меньшей массой становятся сверхновыми, в то время как у сверхгигантов с большей массой происходит коллапс ядра, в итоге образуются черные дыры. По-видимому, граница раздела проходит в районе 17-19 масс Солнца, хотя она может варьироваться в этом небольшом диапазоне.
Роль углерода в жизни звезды
Как и для всех небесных тел во Вселенной, конечным фактором, определяющим судьбу массивной звезды, является ее масса при рождении. То, как углерод сгорает в ядре звезды, имеет решающее значение для определения того, взорвется звезда или разрушится. При горении углерода генерируются высокоэнергетические фотоны, которые при взаимодействии с фотонами могут создавать нейтрино и антинейтрино, что приводит к потерям нейтрино, ослабляющим способность звезды сопротивляться гравитации.
В красных сверхгигантах с меньшей массой углерод горит конвективно (передача тепла через движение жидкости), при этом поднимающиеся и опускающиеся газовые карманы отводят тепло от ядра.
Это приводит к затяжным стадиям эволюции звезды и значительным потерям нейтрино. Когда ядро в конце концов разрушается, внешние слои выбрасываются, что приводит к взрыву сверхновой.
В красных сверхгигантах большей массы, напротив, происходит неконвективное горение углерода, что снижает потери нейтрино и приводит к образованию более расширенного ядра с плотным веществом вокруг него. Когда ядро разрушается, взрыв предотвращается, и звезда взрывается, порождая черную дыру вместо впечатляющей сверхновой.
Случай Бетельгейзе
Один из самых заметных красных сверхгигантов в нашем ночном небе, Бетельгейзе, как давно ожидалось, взорвется яркой сверхновой. Однако ее судьба остается неопределенной. В зависимости от фактической массы звезды при рождении, Бетельгейзе может произвести ослепительную сверхновую, а не черную дыру. Судя по ее массе, вполне вероятно образование нейтронной звезды, поскольку звезды, масса которых в 20 раз меньше массы Солнца, не могут коллапсировать в черную дыру.
Подводя итог
Вселенная — это место постоянных небесных представлений. Большинство массивных звезд завершают свою жизнь эффектной сверхновой, но некоторые массивные звезды, намного превосходящие наше Солнце, вместо этого образуют черные дыры. По мере того как ученые продолжают изучать сложную структуру этих небесных тел, жизнь и смерть звезд становятся все более интригующими.
В космосе, где звезды рождаются, живут своей жизнью и в конце концов угасают, Вселенная продолжает удивлять нас сложными явлениями звездного рождения, жизни и смерти. По мере того как ученые исследуют тайны этих небесных тел, коллективное очарование загадочной природой звезд только углубляется. Вселенная с ее огромной и скрытной пустотой обещает еще бесчисленное множество открытий и откровений в будущем.
Запись Что происходит со звездами, которые не погибают при взрыве? впервые опубликована на сайте Про технологии.