Примерно каждую секунду одна из наблюдаемых звезд во Вселенной погибает в результате взрыва. Хотя эти события происходят довольно часто, остается много вопросов о том, почему, когда и как они происходят. Не в последнюю очередь потому, что в некоторых случаях взрывы, известные как сверхновые, довольно нетипичны. Например, астрономы уже несколько десятилетий наблюдают за небом в поисках взрывов звезд Вольфа-Райе. Они показывают необычные спектры, с низким содержанием водорода и богатым содержанием углерода, кислорода и гелия. Это происходит потому, что из-за сильных звездных ветров лучи Вольфа потеряли свою внешнюю оболочку и имеют открытое ядро.
Отсутствие доказательств существования сверхновой звезды Вольфа-Райе побудило некоторых ученых предположить, что в конце своей жизни звезды Вольфа-Райе не взрываются, а становятся черными дырами. Однако недавно Авишай Гал-Ям из Института науки Вейцмана в Израиле и ее коллеги полностью искоренили эту идею.
Команда сообщила о наблюдении сверхновой звезды 2019hgp, датируемой 8 июня 2019 года, которая, похоже, соответствует ожиданиям для взрыва звезды Вольф-Райе. И на этом сюрпризы не заканчиваются: их данные указывают на то, что после взрыва оставшаяся часть звезды превратилась в черную дыру. Это позволяет предположить, что класс прародителей черных дыр больше, чем считалось ранее.
Чтобы получить информацию о звездных взрывах, астрономам необходимы данные как о сверхновой, так и об исходной звезде, называемой прародителем. Однако получение информации о родоначальнике гораздо сложнее, чем понимание характеристик взрывного события.
Сверхновая выбрасывает огромное количество света, который может осветить материал внутри и вокруг звезды. Однако в процессе взрыва то, что осталось от звезды, также синтезирует новый материал, маскируя первоначальный состав прародителя! Одним словом, хотя взрывные события многочисленны, изучить их в деталях особенно сложно. Даже если вы изучаете сверхновую, исходная звезда уже разрушена.
Вольф-Райе: как изучать звезды до того, как они взорвутся
До 2000-х годов небо фотографировали примерно раз в месяц, а затем сканировали на предмет космических взрывных явлений. Таким образом, в среднем сверхновую можно было обнаружить только через две недели после ее начала — достаточно долго, чтобы стереть все следы первоначальной звезды!
В результате астрономы изменили время съемки, решив делать по одному снимку в день. Это гораздо более быстрая шкала времени, что полезно для получения информации о первоначальном составе звезды и, таким образом, идентификации ее прародителя. Используя эту новую технику, Гал-Ям и коллеги просканировали небо в поисках интересных звезд, в частности звезды Вольфа-Райе.
Сверхновая звезда Вольф-Райе
Команда Гал-Яма заметила сверхновую 2019hgp чуть более чем через сутки после взрыва. Спектры показали заметные линии углерода, кислорода и неона, но без водорода или гелия. Доплеровский анализ спектральных линий также показал, что обнаруженный материал двигался со скоростью более 1500 км/с. Все эти данные позволили предположить, что взрыв произошел от массивной, но компактной звезды, содержащей элементы, ожидаемые от звезды Вольф-Райе.
В действительности ожидается, что среди элементов Вольфа-Райе все еще присутствует некоторое количество гелия. Однако если скорость потери массы, вызванной солнечными ветрами, намного выше, чем ожидается, то можно оправдать отсутствие линий гелия. Это делает результат Гал-Яма и его коллег особенно интересным.
Однако есть и другой аспект этого , который интригует ученых. Помимо указания на то, что звезды Вольф-Райе могут взрываться в сверхновые, полученные данные имеют и другие последствия для понимания жизненного цикла этих звезд.
По оценкам Гал-Яма и его коллег, во время взрыва выбрасывается лишь десятая часть массы звезды, оставляя после себя большую часть массы звезды, составляющей 10 солнечных масс. Эта оставшаяся масса слишком велика для того, чтобы остаток сформировал нейтронную звезду. На самом деле, и теория, и наблюдения ограничивают нейтронные звезды менее чем 2-3 солнечными массами. Вместо этого, остаточная масса соответствует массе, предсказанной для маленькой черной дыры!
Модели космических взрывных событий предполагают, что все так называемые «успешные» сверхновые оставляют после себя нейтронные звезды. Если, с другой стороны, в некоторых случаях сверхновые звезды производят черные дыры, то черных дыр может быть значительно больше, чем считалось ранее.