Bardzo masywne gwiazdy, które upadają, aby stworzyć czarne dziury, mogą zwymiotować o wiele więcej materiału podczas ich krótkiego życia, niż wcześniej myśleliśmy.
Pasować do astronomicznych obserwacji tych gwiazd, które mają masę ponad 100 razy więcej niż Słońcezespół naukowców to oszacował Bardzo masywne gwiazdy MUSI Gwiezdne wiatry O wiele silniejszy niż oszacowano w przeszłości. Wiatry te powinny być wystarczająco mocne, aby wysadzić zewnętrzne warstwy tych potwornych gwiazd w kosmos.
Modelowanie zespołu ujawniło, w jaki sposób gwiezdne binarie mogą prowadzić do fuzji między gwiazdami, które tworzą pojedyncze, bardzo masywne gwiazdy. Zbadali także, jak silniejsze wiatry gwiezdne wpływają Czarna dziura populacje, skierowane od tworzenia nieuchwytnych Czarne dziury w pośredniej masie.
„Bardzo masywne gwiazdy są jak„ gwiazdy rocka ”wszechświata – są potężne i żyją szybko i umierają młodo” – powiedział Space.com, członek zespołu Kendall Shepherd, badacz z Instytutu Zaawansowanych Włoch (znany przez włoski skrót Sissa). „Dla tych bardzo masywnych gwiazd ich gwiazdowy wiatr przypomina bardziej huragan niż lekki wietrzyk”.
Podczas gdy nasze średnie słońce powinno żyć w pobliżu 10 miliardów latbardzo masywne gwiazdy płoną przez ich paliwo jądrowe Szybciej, żyjąc zaledwie kilka milionów lat, a nawet kilkaset tysięcy lat.
Shepherd powiedział, że studiowanie takich gigantów jest ważne, ponieważ mają głęboki wpływ na ich środowiska.
„Silne wiatry bardzo masywnych gwiazd i ich ostateczne Wybuchy supernowa Wyrzuć nowo uformowane elementy w środowisku – powiedziała. „Wiele z tych elementów stanowi podstawę nowych gwiazd, podczas gdy inne, takie jak węgiel i tlen, są elementami budowlanymi życia.
„Są również progenitorami czarnych otworów, w tym binaria z czarnej dziury, które łączą się i produkują Fale grawitacyjne że wykryjemy na Ziemi ”.
Dieta Mass-Strat Gwiazda Rock Star
W nowych badaniach Shepherd i jej koledzy przeanalizowali teoretyczne i obserwacyjne badania bardzo masywnych gwiazd.
„Takie masywne gwiazdy są tak niezwykle rzadkie, a tak niewiele istniało ograniczenia obserwacyjne” – powiedział Shepherd. „Za pomocą przestrzeni i teleskopów naziemnych naukowcy byli ostatecznie w końcu w stanie bezpośrednio zaobserwować kilka gwiazdek w Tarantula nbula z Duża chmura magelllan z masami powyżej 100 -krotnej masy słońca po raz pierwszy. ”
W poprzednich badaniach wykazały, że najbardziej masywne gwiazdy w mgławicy Tarantula są rzadkim gorącym i jasnym typem w większości rozebranych Wolf-Rayet Stars (Gwiazdy WNH) Na końcu fazy spalania wodoru, co oznacza, że wykazują resztki wodoru na ich powierzchni.
„Stwierdzono, że gwiazdy te są bardzo gorące, około 72 540 do 90 000 stopni Fahrenheita (40 000 do 50 000 stopni Celsjusza). To trochę zbyt gorące! Standardowe modele przewidują, że w miarę starzenia się gwiazd powinny się rozszerzyć i ochłodzić się, w przeciwieństwie do tego, co pokazały nowe obserwacje. „Naukowcy złożyli dwa elementy razem i wykorzystali obserwowane właściwości do kalibracji„ przepisu ”z utratą masy w celu połączenia teorii i obserwacji.
Zespół opracował ten przepis w swoim kodeksie ewolucyjnym, znanym jako Parsec (Padova i Trieste Stellar Evolution Code), aby stworzyć nowy model rozliczający masywne gwiazdy Tarantula Nobila.
„Nasze nowe modele zawierające silniejsze wiatry gwiezdne są teraz w stanie dopasować obserwacje i teorię. Silne wiatry usuwają zewnętrzne warstwy gwiazdy, uniemożliwiając im ochłodzenie, jednocześnie utrzymując skład powierzchni pasujący do gwiazdy WNH” – wyjaśnił Shepherd. „Gwiazda pozostaje bardziej kompaktowa i gorąca na dłużej, dokładnie odtwarzając to, co pokazują obserwacje”.
Badania zespołu sugerują, że istnieją dwie różne trasy, które mogłyby doprowadzić do narodzin gwiazd, takich jak najbardziej masywna gwiazda, jaką kiedykolwiek widziano, R136A1. Ta gwiazda, znaleziona również w mgławicy Tarantula, ma do 230 razy większą masę słońca i emituje miliony razy więcej energii niż nasza gwiazda. Ma również zaledwie 1,5 miliona lat, w porównaniu do 4,6 miliarda–roczne słońce.
Model zespołu sugeruje, że R136A1 mógł urodzić się jako singla, ginormous gwiazda lub mogła powstać w wyniku dramatycznego gwiezdnego połączenia.
„Byłem zaskoczony, że nasze wyniki dają dwa wyraźne możliwe wyjaśnienia pochodzenia R136A1, najbardziej znanej gwiazdy. Byłem dość zafascynowany, że binarna gwiezdna fuzja – w którym dwie gwiazdy łączą się i stają się jedną, bardziej masywną gwiazdą – może zapewnić prawdopodobne pochodzenie” – powiedział Shepherd. „Jeszcze bardziej interesująca jest różnica w początkowej masie potrzebnej do odtworzenia R136A1 z scenariuszy jednogwiazdkowych i binarnych gwiezdnych połączeń”.
Badacz dodał, że aby jedno gwiazdkowe pochodzenie pasujące do cech R136A1 gwiazda potrzebowałaby początkowej masy ponad 100 mas słonecznych-większych niż jest to potrzebne do binarnego źródła gwiezdnego, niezależnie od zastosowanego przepisu wiatru.
„Może to sugerować zmianę tego, co uważaliśmy za górną granicę dla ogromnej gwiazdy w lokalnym wszechświecie” – powiedział Shepherd.
W jakim kierunku wiatr dmucha w czarne otwory?
Silne wiatry gwiezdne i szybka utrata masy, którą powodują, mają również silne implikacje dla mas Czarne dziury które powstają, gdy ogromne gwiazdy upadają pod własną grawitacją pod koniec życia.
„Ponieważ silniejsze wiatry rozbijają tak wiele masy gwiazdy, pod koniec ich życia tworzą mniejsze czarne dziury” – powiedział Shepherd. „To badanie może rzucić dużo światła na przewidywanie mas czarnej dziury. Modele gwiezdne, które wykorzystują standardowe i słabsze przepisy na utratę masy, mogą wytwarzać czarne otwory masowej”.
Te czarne dziury, które są około 100 do 10 000 razy masywniejsze niż słońce, mają Okazało się trudne do znalezienia astronomów.
„Dzięki gwiazdom straciły więcej masy poprzez silniejsze wiatry, symulacje wytwarzają mniej tych niepewnych obiektów, dzięki czemu nasze modele są bardziej zgodne z tym, co występuje w naturze!” Powiedział Shepherd.
Zespół proponuje również, że w przeciwieństwie do obecnego myślenia potrzebne są silniejsze wiatry gwiezdne Binaria z czarnej dziury z masami większymi niż około 30 razy więcej niż słońce.
„Jeszcze bardziej ekscytujące jest to, że kiedy spojrzeliśmy na binarne czarne dziury, które łączą się w naszych symulacjach, nasze nowe modele z silniejszymi wiatlami były w stanie wytwarzać systemy, w których oba dwa czarne dziury były masywne” – powiedział Shepherd. „Jest to ekscytujące, ponieważ jest to populacja, którą obserwowano Detektory fali grawitacyjnejale które poprzednie modele ze standardowymi wiatrem walczyły o wyprodukowanie. ”
Dwie czarne dziury w tych binariach emitują małe fale w przestrzeni nazywane Fale grawitacyjne gdy spirali razem i ostatecznie łączą się. Ale silne gwiezdne wiatry mogą być kluczem do umożliwienia rozwoju tej sytuacji.
„W przypadku słabszych, standardowych wiatrów dwie gwiazdy rozszerzają się i częściej się połączą, zanim zostaną czarnymi dziurami” – wyjaśnił Shepherd. „Natomiast silniejsze wiatry mogą rozdzielić dwie gwiazdy, pozwalając im przetrwać jako parę czarnych dziur, które mogą później spić i łączyć”.
Nowe badania koncentrowały się na jednym konkretnym środowisku, w dużej chmurze magellanicznej, która ma swój unikalny skład chemiczny. Tak więc, Shepherd powiedział, następnym krokiem dla zespołu będzie próba wyjaśnienia garstki osobliwych obserwowanych gwiazd.
„Te wyniki nie są jeszcze uniwersalne, więc naturalnym następnym krokiem byłoby rozszerzenie tego badania na zakres różnych początkowych kompozycji, aby modelować różne środowiska w całym Wszechświat„Shepherd podsumował.„ Byłoby bardzo ekscytujące zobaczyć, jak bardzo zmieniają się przewidywane populacje czarnych dziury wraz z różnymi początkowymi kompozycjami ”.
Badania zespołu są dostępne jako przedruk repozytorium badawczego arxiv.
