Зоряні монстри не стикаються
Астрофізики з астрономічної обсерваторії фізичного факультету Варшавського університету виявили, що перші подібні зіткнення відбудуться не раніше, ніж через кілька мільярдів років.
Це туманність Тарантул (30 Дорадів) у Великій Магеллановій Хмарі, сфотографована космічним телескопом Хаббл. Тут нещодавно були виявлені зірки, маса яких у 200-300 разів більша за масу нашого Сонця.
Джерело: NASA, ESA, F. Paresce (INAF-IASF, Болонья, Італія), Р. О'Коннелл (Університет Вірджинії, Шарлоттсвілль) та Комітет з нагляду за наукою The Wide Field Camera 3
Довгий час астрономи вважали, що найбільші зірки у Всесвіті не перевищують розрахункової маси в 150 сонячних мас. Однак три роки тому в Магелланових Хмарах були виявлені зірки, маса яких у 200-300 разів перевищує масу нашого Сонця, справжні зоряні чудовиська.
Відкриття викликало великий інтерес у астрофізиків, особливо серед тих, хто займається виявленням гравітаційних хвиль. Якби ці зоряні чудовиська походили з тісно пов'язаних двійкових зоряних систем, можна було б спостерігати зіткнення між їхніми останками. Гравітаційні хвилі, що виникають внаслідок таких подій, були б досить сильними, щоб наші поточні детектори могли їх виявити, навіть якщо вони мали місце на значно більших відстанях, ніж ті, де знаходяться зоряні чорні діри. "Але ми не можемо покладатися на виявлення таких вражаючих зіткнень", - говорить доктор Кшиштоф Бельчискі з фізичного факультету Варшавського університету.
Команда доктора Бельчиського обговорила свої останні дослідження з учасниками 10-ї конференції гравітаційної хвилі Едоардо Амальді, що відбулася у Варшаві у зв'язку з 20-ою міжнародною конференцією із загальної теорії відносності. і сила тяжіння (GR20/Amaldi10).
Зірки з великими масами можуть закінчити своє життя двома способами: матерія, що знаходиться в них, може бути викинута в космос, або вони можуть зруйнуватися під власною вагою в чорну діру. Кілька місяців тому астрофізики на чолі з доктором Норхаслізою Юсофом з Університету Куала-Лумпура продемонстрували, використовуючи комп'ютерне моделювання, що деякі надмасивні зірки можуть утворювати чорні діри. Це означає, що у Всесвіті справді були розміщені двійкові системи, що складаються з надмасивних зірок, які згодом еволюціонували або перетворювались на системи, що складаються з двох чорних дір із значно більшою масою, ніж зазвичай спостерігається в чорних дірах.
Об'єкти, що обертаються в близькоспоріднених двійкових системах, що складаються з нейтронних зірок або звичайних чорних дір, з часом втрачають енергію, що спричиняє, зменшуючи розмір своїх орбіт, все ближче і ближче до них і нарешті має місце зіткнення між ними. Таке зіткнення може мати ефект, який астрономи можуть спостерігати через сильний сплеск гамма-променів, і це також повинно супроводжуватися випромінюванням гравітаційних хвиль. Однак до цих пір виявлення цих гравітаційних хвиль не було успішним. Поточні детектори струму можуть лише "бачити" зіткнення звичайних чорних дір у локальному Всесвіті. Зіткнення чорних дір, що утворюються надмасивними зірками, - це щось інше. У цьому випадку гравітаційні хвилі повинні бути досить сильними, щоб вони могли виявити найближчим часом, але таке зіткнення помітити непросто.
Складові звичайних двійкових зоряних систем, що мають маси 50 або навіть 100 мас Сонця, утворюються на відстані одна від одної щонайменше кількох сотень, а то й кількох тисяч сонячних променів. Такі об'єкти не можуть утворюватись разом на меншій відстані, оскільки щільність речовини, що виникає в результаті цього процесу, збільшується і призводить до того, що речовина руйнується в єдину зірку, і подвійна система не може утворитися таким чином. Отже, щоб зіткнулася вже сформована двійкова система, її компоненти повинні якимось чином втратити свою орбітальну енергію. Це пов’язано з швидкою еволюцією одного з його компонентів, який в якийсь момент починає збільшуватися в розмірах. Потім другий компонент двійкової системи переміщується в атмосферу супутника і в результаті взаємодії з нею швидко втрачає енергію. Наслідком цієї щільної орбіти є те, що, як відомо, є загальним явищем зоряної оболонки.
"У двійковій системі, що складається з надмасивних зірок, ситуація інша, - каже д-р Бельчискі. - Ми знаємо, що складові частини такої системи повинні утворюватися на відносно великій відстані одна від одної. Ми також знаємо, що що надмасивні зірки не розширюються, тому загальна фаза зоряної оболонки не може мати місце. Це означає, що немає жодного фізичного процесу, який насправді міг би призвести до зменшення орбіт! ".
У цій ситуації єдиним процесом, який дозволяє поступово втрачати енергію залишків надмасивних зірок у подвійній системі, є випромінювання гравітаційних хвиль. Але гравітаційні хвилі, випромінювані такою системою, що складається з компонентів, що знаходяться на великій відстані один від одного, зірок або чорних дір, дуже слабкі, а втрати енергії повільні.
"Щоб зіткнутися чорні діри, знадобиться більше десятків мільярдів років, або, можливо, сотні мільярдів років. Це більш тривалий період, ніж час після Великого Вибуху, тому ми практично не матимемо шансів виявити гравітаційні хвилі, спричинені такими зіткненнями, що відбуваються на небі. Хіба що. "говорить доктор Даніель Холц з Чиказького університету.
Точно: хіба що нинішні моделі щодо еволюції зірок та утворення бінарних зіркових систем у пилових хмарах не є помилковими. Спостереження вражаючої зоряної катастрофи такого типу в космосі було б вражаючою катастрофою для теорій сучасних астрофізиків.
Переклад Джорджа Крістіана Подаріу після зоряних монстрів-зіткнення-вражаючої катастрофи за згодою редактора