Очень массивные звёзды (VMS — Very Massive Stars), масса которых обычно примерно в 100 раз превышает массу нашего Солнца, являются ключевыми компонентами в понимании формирования таких важных астрономических объектов, как чёрные дыры и сверхновые. Однако некоторые наблюдаемые характеристики VMS не соответствуют ожидаемому поведению, основанному на имеющихся у нас моделях.
В частности, они поддерживают относительно ограниченный диапазон температур, который трудно воспроизвести с помощью типичных моделей звёздной эволюции.
В новой статье Кендалла Шепарда и его соавторов из Института перспективных исследований (SISSA) в Италии описывается серия новых моделей, основанных на обновлённых данных о солнечном ветре, которые лучше соответствуют наблюдениям за VMS в их естественной среде. Это может помочь в понимании развития некоторых из самых удивительных объектов во Вселенной.
Статья была опубликована на сервере препринтов arXiv.
Найти VMS относительно легко — их размер сам по себе выделяет их на космическом фоне. Но одно место является особенно плодородным охотничьим угодьем для этих гигантов — туманность Тарантул. В этой туманности есть скопление, известное как скопление R136, в котором находятся девять звёзд с массой более чем в 100 раз превышающей массу нашего Солнца. Их совокупный свет превосходит свет нашего Солнца в 30 миллионов раз.
Однако данные, которые мы собрали о них, показали некоторые расхождения между тем, что было смоделировано для них, и тем, что было обнаружено. Вероятно, наиболее заметным отличием была температура. Стандартные модели звёздной эволюции ожидали резких колебаний температур этих VMS, поскольку звёзды расширяются и сжимаются в рамках своего эволюционного цикла. Однако наблюдения из R136 показывают, что они поддерживают относительно узкий диапазон температур, который современные модели не могут воспроизвести.
Согласно авторам, для соответствия этим температурам достаточно изменить некоторые параметры в модели. Они внедрили новый тип «предписания звёздного ветра» в модель звёздной эволюции PARSEC v2.0.
Эти предписания увеличили потерю массы звёздами VMS вблизи предела Эддингтона — точки, в которой давление исходящего излучения звезды совпадает с гидростатическим давлением, удерживающим её внешние слои. Если этот предел превышен, внешние слои звезды выбрасываются в космос в виде мощного солнечного ветра.
В своих моделях PARSEC v2.0 авторы, по сути, создают намеренно сильный солнечный ветер даже при светимостях ниже предела Эддингтона, создавая интересные взаимодействия, особенно между двойными парами.
Хотя сильный солнечный ветер от VMS может сделать слияния менее вероятными из-за уменьшения размера звезды, сам ветер может способствовать росту звезды-компаньона, что делает детальное взаимодействие интересной и сложной математической задачей.
Другой пример влияния обновлённых моделей связан с образованием чёрных дыр. Они серьёзно ограничивают формирование чёрных дыр в нижнем конце диапазона масс, при которых происходит нестабильность пар — весовой класс, в котором чёрные дыры не должны формироваться из-за сверхновых нестабильности пар. В этом случае звезда производит достаточно электрон-позитронных пар, чтобы начать коллапсировать внутрь себя, что в конечном итоге приводит к сверхновой, но не к чёрной дыре.
Одиночные чёрные дыры были не единственными объектами, на которые повлияла новая модель — слияние чёрных дыр также подверглось влиянию. В частности, модели создают больше систем, в которых две чёрные дыры аналогичного размера (около 30–40 масс Солнца) вращаются друг вокруг друга. Такие системы гораздо реже встречаются в стандартной модели, но соответствуют недавним данным, собранным в результате расчётов гравитационных волн.
В конечном счёте статья демонстрирует важность понимания того, как звёздный ветер влияет на некоторые из самых массивных звёзд во Вселенной, а следовательно, на эволюцию и создание некоторых из самых экстремальных объектов во Вселенной.
Хотя параметры, которые авторы использовали в своей модели, лучше соответствуют многим данным, несомненно, есть возможности для улучшения.
Предоставлено Universe Today.