Czarne dziury z odchudzonych gwiazd? Naukowcy są w szoku
Nowe symulacje ewolucji najcięższych gwiazd we Wszechświecie pokazują, że tracą one znacznie więcej masy, niż wcześniej sądzono.
Ten gwiezdny efekt jojo może wpływać na to, jakie czarne dziury po nich pozostają i jak często emitują one fale grawitacyjne.
Nowa teoria dotycząca masywnych gwiazd wiele zmienia
Badanie opublikowane przez międzynarodowy zespół naukowców koncentruje się na losie tzw. bardzo masywnych gwiazd (VMS), czyli takich, których masa przekracza 100 mas Słońca. Gwiazdy te znajdują się m.in. w Mgławicy Tarantula w Wielkim Obłoku Magellana, czyli w jednym z najlepszych miejsc w lokalnym Wszechświecie, gdzie możemy obserwować tak ekstremalne obiekty w dużej liczbie.
Naukowcy poddali modelowaniu ewolucję zarówno pojedynczych, jak i podwójnych układów takich gwiazd. Istotną zmianą było uwzględnienie tzw. wzmocnionych wiatrów gwiazdowych, czyli zjawisk powodujących intensywną utratę masy przez gwiazdy. Modele uwzględniały wrażliwość wiatrów na parametr Eddingtona i stosunek jasności do masy. Są to czynniki decydujące o tym, jak napompowana jest gwiazda promieniowaniem wewnętrznym.
Większa utrata masy = mniejsze czarne dziury
Symulacje zostały dostosowane do warunków panujących w gromadzie R136, gdzie znajdują się najbardziej masywne znane gwiazdy, takie jak R136a1, a dane porównano z obserwacjami wykonanymi przez Teleskop Hubble’a i spektrografy VLT. Zastosowana metaliczność odpowiadała tej z Wielkiego Obłoku Magellana (około 1/3 Słońca), co miało ogromne znaczenie – im mniejsze stężenie ciężkich pierwiastków, tym słabsze są zazwyczaj wiatry gwiazdowe. Tymczasem badanie pokazało, że nawet przy tej metaliczności utrata masy może być intensywna.
Wnioski z badania są jednoznaczne: potężne gwiazdy ulegają intensywnemu odchudzaniu jeszcze przed eksplozją supernowej. Wzmocnione wiatry powodują, że w końcowej fazie życia gwiazdy tracą od 50 do nawet 87 proc. swojej początkowej masy, w zależności od zastosowanego modelu. W konsekwencji masa, która zapada się w czarną dziurę, jest znacznie mniejsza, niż przewidywały wcześniejsze symulacje.
Ma to bezpośredni wpływ na rozkład mas czarnych dziur we Wszechświecie, zarówno tych pojedynczych, jak i tworzących pary emitujące fale grawitacyjne. Modele ze wzmocnionymi wiatrami lepiej odtwarzają masy czarnych dziur wykrywanych przez takie obserwatoria, jak LIGO i Virgo. Szczególnie istotna jest obecność tzw. wtórnych czarnych dziur o masach 30-40 M⊙, które trudno wytłumaczyć standardowymi modelami.
Gwiezdne fuzje i fala binarnych zaskoczeń
Badanie rzuca też nowe światło na temat układów podwójnych. Choć silniejsze wiatry zmniejszają szansę na fuzje gwiazd podczas głównej sekwencji życia, to jednocześnie zmieniają charakter ewolucji takich systemów.
Głównym mechanizmem tworzenia się par czarnych dziur okazuje się tzw. kanał I, czyli stabilny transfer masy z późniejszą fazą wspólnej otoczki. Ten scenariusz odpowiada aż za 91 proc. symulowanych zderzeń czarnych dziur. Co więcej, fuzje masywnych gwiazd mogą tworzyć obiekty takie jak R136a1, bez potrzeby zakładania nierealistycznie wysokich mas początkowych. Jest to istotna zmiana w dotychczasowym myśleniu o narodzinach ekstremalnie masywnych gwiazd.
Przeczytaj także:
Choć badanie koncentruje się na specyficznych warunkach Mgławicy Tarantula, jego znaczenie jest naprawdę duże. Pokazuje bowiem, że ewolucja bardzo masywnych gwiazd jest znacznie bardziej dynamiczna i zależna od precyzyjnego opisu wiatrów, niż wcześniej przypuszczano. Ostatecznie to właśnie te procesy decydują o tym, jakie czarne dziury pojawiają się w kosmosie i z jaką siłą potrafią zakrzywiać czasoprzestrzeń.
*Grafika główna wygenerowana przez AI
