Происхождение звездных черных дыр - Черные дыры во Вселенной

"Когда все источники термоядерной энергии истощатся, достаточно массивная звезда начнет коллапсировать", -- так начинается аннотация замечательной работы Оппенгеймера и Снайдера 1939 г. [12]. Каждое утверждение этой статьи согласуется с идеями, которые остаются справедливыми и сегодня. Авторы заканчивают аннотацию следующим предложением: "внешний наблюдатель видит звезду, сжимающуюся к своему гравитационному радиусу". Это фактически современное предсказание образования черных дыр в конце существования массивных звезд.

Насколько массивной должна быть звезда, чтобы превратиться в черную дыру? Ответить на этот вопрос не так просто. Звезда, которая не является достаточно массивной, завершает свою эволюцию образованием или белого карлика, или нейтронной звезды. Существуют верхние пределы на массы небесных тел обоих типов. Для белых карликов это чандрасекаровский предел, который равен примерно (1,2-1,4) Ч. Для нейтронных звезд это предел Оппенгеймера-Волкова. Точная величина этого предела зависит от уравнения состояния при плотности материи выше, чем плотность ядерной материи с0 = 2,8 Ч 10 14 г см 3. Современная теория дает для максимального значения массы невращающейся нейтронной звезды оценку (2-3) Ч. Вращение может увеличить максимальную массу невращающейся нейтронной звезды лишь незначительно, до 25%. Таким образом, можно считать, что верхний предел массы нейтронной звезды не должен быть больше, чем M0 ? 3. Если звезда в самом конце своей эволюции имеет массу больше M0, она должна превратиться в черную дыру. Тем не менее это не означает, что все нормальные звезды (на "главной последовательности" диаграммы Герцшпрунга -- Рассела) с массами M > M0 являются прародителями черных дыр. Дело в том, что конечные стадии эволюции массивных звезд пока еще поняты довольно плохо. Возможно, имеют место такие процессы, как непрерывная потеря массы, катастрофическое выбрасывание массы и даже разрушение при взрывах сверхновых. Такие процессы могут значительно уменьшить массу звезды в конце ее эволюции. Таким образом, начальная масса прародителей черных дыр может быть существенно больше M0.

Существуют различные оценки для минимальной массы M* , звезды-прародителя, которая все еще образует черную дыру. Неопределенность этой величины составляет M* ? (10 - 40) и даже больше. Численное моделирование показывает, что помимо быстрого прямого гравитационного коллапса прародителя черная дыра может также образоваться при взрыве сверхновой. В этом случае падение части вещества после взрыва обратно на ядро приводит к тому, что масса компактного объекта в оставшемся ядре оказывается выше максимальной массы нейтронной звезды, и в результате этот остаток коллапсирует с образованием черной дыры. Есть указания на то, что более массивные прародители (с массами больше 40) могут образовывать черные дыры непосредственно, тогда как прародители с меньшими массами создают черные дыры при запаздывающем коллапсе вследствие падения вещества обратно на ядро после возможного начального взрыва (см., например, [13]). Недавно Израэлян и др. [14] сообщили о признаках происхождения черной дыры в результате взрыва сверхновой в двойной системе GRO J1655-40. Изучая оптический спектр звезды-субгиганта с массой 1,7-3,3, являющейся компаньоном компактного объекта, они обнаружили свидетельства наличия так называемых б-элементов O, Mg, Si и S с распространенностью в 6-10 раз больше, чем на Солнце. Эти элементы могут образовываться только во внутренних ядрах звезд с массами 25-40. Предлагаемое объяснение состоит в том, что звезда-компаньон получила эти элементы во время взрыва сверхновой, который привел к образованию черной дыры в данной двойной системе.

Отметим, что эволюция звезд в тесной двойной системе отличается от эволюции одиночных звезд вследствие переноса массы от одной звезды к другой. Заключения о массах прародителей черных дыр в этом случае могут быть существенно различными. В частности, черная дыра может образоваться в двойной системе, где кроме обычной звезды существовала нейтронная звезда. черная дыра может возникать в результате того, что вещество от звезды-компаньона перетекает на нейтронную звезду. В конце концов это приведет к тому, что масса нейтронной звезды превысит предел массы для нейтронных звезд.

Можно попытаться оценить, сколько черных дыр возникло при звездном коллапсе в нашей Галактике за время ее существования. Оценки дают величину порядка 10 9.

Похожие статьи




Происхождение звездных черных дыр - Черные дыры во Вселенной

Предыдущая | Следующая