Взрыв без остатка: как умирают самые величественные звезды Вселенной

Международная группа астрофизиков обнаружила веские доказательства существования теоретически предсказанного разрыва в распределении масс черных дыр.

Об этом сообщает научное издание N + 1 со ссылкой на публикацию в журнале Nature. Открытие подтверждает давние гипотезы о том, что звезды определенной массы не могут оставлять после себя компактные объекты, полностью уничтожая себя в мощнейших термоядерных взрывах.

Механизм «парной нестабильности»

Согласно современным теориям звездной эволюции, в распределении масс черных дыр должен существовать провал в диапазоне от 50 до 130 масс Солнца. Это явление объясняется процессами, происходящими в ядрах сверхмассивных звезд-прародителей (от 100 до 260 солнечных масс). В финале их жизни взаимодействие гамма-квантов с частицами порождает электрон-позитронные пары, что резко снижает давление излучения и приводит к гравитационному коллапсу ядра.

Этот процесс запускает одну из двух фаз:

• Полное разрушение: Мощный термоядерный взрыв полностью распыляет вещество звезды, не оставляя после себя черной дыры.
• Циклическая потеря массы: Звезда проходит через серию вспышек, теряет оболочки и в итоге формирует черную дыру лишь вблизи нижней границы «запретной» зоны.

Новый подход к анализу данных

Команда под руководством Майи Фишбах из Университета Торонто проанализировала 153 события слияния черных дыр, зафиксированных детекторами LIGO, Virgo и KAGRA. Ключевым отличием данного исследования стало изучение масс не первичных (более тяжелых) компонентов в парах, а вторичных (менее массивных). Ученые применили байесовское иерархическое моделирование, чтобы минимизировать вероятность ложных выводов.

Результаты показали, что в то время как распределение масс первичных черных дыр выглядит непрерывным, у вторичных объектов наблюдается четкий разрыв. С вероятностью 90 процентов границы этого провала определены на уровне 44 и 116 масс Солнца. Такие показатели практически идеально вписываются в математические модели парно-нестабильных сверхновых.

Вращение как ключ к разгадке

Дополнительным подтверждением теории стал анализ спинов (скоростей вращения) черных дыр. Исследователи выяснили, что те объекты, которые все же попадают в «запретный» диапазон масс, вращаются значительно быстрее своих компаньонов. Это указывает на то, что такие тяжелые черные дыры не являются прямым продуктом эволюции одиночных звезд, а возникли в результате более ранних слияний других черных дыр.

Читать далее