0
В результате коллапса массивных звёзд могут образовываться не только чёрные дыры или вспыхивать сверхновые. Иногда рождаются гибридные звёзды — это крупные нейтринные звёзды с кварковым ядром. Такие объекты астрономам были известны, однако механизм их образования оставался неизученным. Международный коллектив астрофизиков с участием специалистов из МГУ имени М.В. Ломоносова впервые детально рассчитал, как образуются такие объекты во Вселенной. Результаты работы опубликованы в престижном научном журнале Nature Astronomy.
Массивные звёзды, 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. До сих пор в численных расчётах не удавалось получить нейтронную звезду, формирующуюся в процессе коллапса, массой две и больше солнечных масс, в то время как из наблюдений мы знаем, что такие звёзды существуют: к настоящему времени их открыто уже несколько штук, — рассказывает старший научный сотрудник отдела физики эмиссионных звёзд и галактик ГАИШ МГУ Елена Сорокина. — В предыдущих расчётах звёзды с начальными массами больше 50 масс Солнца, теряя устойчивость после исчерпания запасов топлива в центре, в конце концов схлопывались в чёрную дыру из-за того, что масса коллапсирующего ядра росла слишком быстро вследствие торможения разлетающейся оболочки и падения части её вещества обратно на ядро».
Международная группа астрофизиков под руководством Тобиаса Фишера из Польши при участии учёных из ГАИШ МГУ впервые математически смоделировала взрыв сверхновой в результате коллапса массивной звезды. При расчётах 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 её наружу. Этого дополнительного импульса оказывается достаточно, чтобы произошёл успешный взрыв сверхновой, и падение вещества оболочки на прото-нейтронную звезду прекратилось.
В результате формируется так называемая гибридная звезда — нейтронная звезда с кварковым ядром, — с массой 2.1 солнечных, что по параметрам полностью соответствует наблюдаемым во Вселенной объектам. Энергия взрыва сверхновой также близка к типичной для таких объектов — немного больше 10^51 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 звёзд 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 произошёл 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 1-2 секунды после первого всплеска должен наблюдаться ещё 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 повезёт, и такой взрыв произойдёт, то по структуре нейтринной вспышки можно будет судить о том, какие процессы происходили во время коллапса в недрах звезды. Наблюдение второго всплеска антинейтрино, разделённого с первым во времени интервалом порядка секунды, подтвердило бы существование фазового перехода к кварковому веществу в процессе коллапса».
