Астрофизики объяснили происхождения аномальных двойных систем нейтронных звезд

В новой работе немецкие ученые предлагают объяснять сверхмассивные слияния с массой от 3,6 массы Солнца эволюцией тесных пар массивных звезд при которых не происходит перетекание вещества со звезды в нейтронную звезду на последних этапах эволюции системы. Статья доступна Astrophysical Journal Letters. Лаборатория LIGO предназначена для исследования гравитационных волн. Гравитационные волны рождаются в частности тогда, когда сливаются вместе две черные дыры, две нейтронные звезды или когда нейтронная звезда поглощается черной дырой. При этом, регистрируя гравитационные волны, исследователи могут оценить массу объектов, которые породили. В первом из зарегистрированных актов слияния двух нейтронных звезд GW170817, суммарная масса объектов составляла 2,4 массы Солнца. А вот в GW190425 — акте слияния, который был зарегистрирован в 2019 году масса пары нейтронных звезд оценивается в 3,6 массы Солнца.

Из нескольких тысяч известных сейчас нейтронных звезд двойными есть около двадцати. Первую такую ​​пару открыли еще в 1974 году. При этом более массивная звезда первой превращается в нейтронную, а вторая еще некоторое время остается красным гигантом. При этом она постепенно превращается в красный гигант, ее внешние оболочки расширяются и вещество из нее начинает перетекать в нейтронную звезду.

В результате у «звезды-донра» обнажается ее гелиевое ядро ​​и она превращается в так называемую гелиевую звезду. А нейтронная звезда начинает частично поглощать вещество и частично — рассеивать его в окружающем пространстве, излучая при этом радиоволны. Вследствие этого процесса общая масса системы уменьшается и когда вторая звезда таки вспыхивает как сверхновая и превращается во вторую нейтронную звезду, то общая масса системы уменьшается. И такие системы никак не могут иметь массу в 3,6 массы Солнца, как это наблюдается у. GW190425. Для объяснения того, как эта система образовалась, ученые из Калифорнийского университета предположили, что в описанных выше двойных системах может быть и другой путь эволюции.

Было смоделировано систему, которая состоит из гелиевой звезды массой в 5,4 массы Солнца и нейтронной звезды массой в 1,3 массы Солнца, которая вращается вокруг нее на расстоянии в 1,4 солнечных радиуса. Моделирование показало, что в этом случае огромная масса звезды может предотвращать расширению ее внешних слоев и перетекания массы на нейтронную звезду с обнажением гелиевых слоев не происходит.

В результате нейтронная звезда-спутник остается «тихой» в течение всего времени, пока главная звезда «доживает свое время. Когда же в гелиевой звезде образуется железное ядро ​​и она вспыхивает как сверхновая, то далеко не все внешние оболочки улетают в космос. Масса оболочек оказывается слишком большой для этого. Примерно за несколько десятков секунд после взрыва количество газа, масса которой равна 0,8 массы Солнца падает обратно на образовавшуюся нейтронную звезду, масса которой еще до этого падения составляет около 1,3 массы Солнца. При этом второй нейтронной звезде достается лишь небольшая часть сброшенной в космос массы.

Так образуются тесные двойные системы нейтронных звезд, одна из которых массивнее другой. Со временем такие пары нейтронных звезд сливаются, вызывая рождения гравитационных волн. По мнению авторов, система GW170817 образовалась в свое время за традиционным механизмом с перетеканием внешних слоев звезды в нейтронную звезду-компаньона, а вот GW190425 свое время эволюционировала по второму сценарию.

Этот же механизм способен объяснить и слияния черных дыр с нейтронными звездами. В 2020 году LIGO зафиксировала новые гравитационные волны, которые получили название GW200115. Данные свидетельствовали о том, что образовались они в результате столкновения черной дыры массой 5,7 массы Солнца и нейтронной звезды массой в 1,5 массы Солнца. По мнению исследователей, чем массивнее звезда двойной системы, которая еще остается звездой тем масса остатка может оказаться достаточно для того, чтобы превратиться в черную дыру.

Фото в анонсе: NASA

Перевод материала nauka.ua