Подвійна доля масивних зір — яскравий вибух наднової або безшумне народження чорної діри — може залежати не лише від маси й внутрішньої будови зорі. Нове моделювання, про яке розповідає SciTechDaily, вказує: помітну роль можуть відігравати нейтрино — майже безмасові «примарні» частинки, що майже не взаємодіють з речовиною.
У вибуху наднової зоря викидає колосальну кількість енергії та щойно синтезованих елементів у космос. Ці елементи згодом входять до складу нових зір, планет і, потенційно, будівельних блоків життя. Проте далеко не кожна масивна зоря завершує життя яскравим спалахом — частина просто колапсує у чорну діру з мінімальними видимими проявами. Що саме визначає цей вибір, досі залишається однією з ключових загадок зоряної астрофізики.
«Смаки» нейтрино і їхній вплив на вибух
Нейтрино існують у кількох різних типах, які фізики називають «смаками», і можуть переходити з одного стану в інший — явище відоме як перетворення смаку нейтрино. Різні «смаки» по-різному взаємодіють з надщільною речовиною всередині зорі, що колапсує. Тому такі переходи потенційно здатні змінювати перенесення енергії в критичні миті перед вибухом.
За словами постдокторантки Маріам Гогілашвілі (Mariam Gogilashvili) з Інституту Нільса Бора, раніше вважалося, що хоча нейтрино і можуть змінювати свій «смак», це не впливає на сам факт вибуху. Нові результати моделювання свідчать, що характер цих перетворень може нести інформацію про те, чим закінчиться життя конкретної зорі.
Класичні моделі наднових уже давно враховують роль нейтрино, адже вони є центральним елементом фізики зоряного колапсу. Однак повноцінний облік перетворення смаку потребує надскладних обчислень, які є важким завданням навіть для сучасних суперкомп’ютерів.
195 змодельованих зоряних смертей
Професорка Ірене Тамборра (Irene Tamborra), очільниця групи астрофізики елементарних частинок в Інституті Нільса Бора, пояснює, що симулювати смерть масивної зорі — це завдання на межі сучасних обчислювальних можливостей: тут поєднується величезна кількість фізичних процесів, і кожен розрахунок дуже «дорогий» для комп’ютера.
Щоб зробити задачу розв’язною, Гогілашвілі та Тамборра побудували спрощену модель, яка дозволяє відстежити вплив перетворення смаку нейтрино на великий набір сценаріїв зоряного колапсу.
Дослідниці змоделювали еволюцію 195 зір з масами від 9 до 120 мас Сонця. Для кожної зорі вони порівняли два варіанти: один з урахуванням перетворення смаку нейтрино, інший — без нього. Окрім того, змінювали густину речовини, за якої процес перетворення розпочинається, а потім відстежували, чи призводить колапс до вибуху наднової, чи зоря продовжує стискатися до чорної діри.
Діапазон мас, де зорі «змінюють думку»
Найвиразніший ефект виявився в зір з масами від 16 до 30 мас Сонця. У цій масовій області врахування перетворення смаку нейтрино в моделі змушувало частину зір змінювати свій фінал: замість успішного вибуху вони «провалювалися», тобто ставали так званими «невдалими надновими», що закінчуються чорними дірами.
Коли дослідниці порівняли всі 195 сценаріїв, вони побачили цілі ділянки мас, де результат розрахунків фліпував з вибуху на колапс. Це вказало, що перетворення смаку нейтрино — фактор, який не можна ігнорувати, намагаючись зрозуміти фінальні стадії життя масивних зір.
Водночас самі авторки наголошують, що їхні симуляції не доводять, що саме цей ефект одноосібно визначає долю реальних зір. Зоряний колапс залежить від багатьох взаємодіючих процесів, а використана модель є спрощеною. Результати радше вказують, що зміни «смаку» нейтрино — один із параметрів, який надалі слід враховувати значно ретельніше.
Куди зникають «відсутні» наднові
Отримані висновки можуть допомогти й у розв’язанні так званої проблеми швидкості наднових. Астрономи реєструють менше вибухів наднових, ніж теоретично очікується, якщо виходити з кількості масивних зір, що мають завершити життя колапсом.
Одна з можливих відповідей — частина масивних зір колапсує без яскравого спалаху, відразу утворюючи чорні діри. Такі «невдалі наднові» важко помітити. До того ж вибухи можуть бути приховані космічним пилом, що додатково занижує спостережувану кількість.
Якщо перетворення смаку нейтрино справді підвищує ймовірність провалу вибуху для окремих масових діапазонів, це може стати частиною пояснення, чому спостереження не збігаються з теорією. Тоді моделі, які включають детальний опис поведінки нейтрино, допомагатимуть краще передбачати, які зорі вибухнуть, а які «тихо» перетворяться на чорні діри.
Зоряні смерті та хімічна еволюція Всесвіту
Те, чи вибухає масивна зоря, визначає долю речовини, яку вона синтезувала за час свого життя. Такі зорі є «фабриками» важких елементів, а наднові розкидають ці елементи довкола, збагачуючи міжзоряне середовище. З них формуються наступні покоління зір, планет і інших космічних структур.
Отже, розуміння того, чому одні зорі вибухають, а інші відразу колапсують у чорні діри, поєднує фізику нейтрино і процеси зоряного колапсу з хімічною еволюцією Всесвіту загалом.
Досліджуючи, як живуть і помирають масивні зорі, науковці одночасно вивчають походження багатьох елементів, з яких складається наш космос і ми самі. У цьому сенсі питання про загибель зір тісно пов’язане з питанням про наше власне походження.
#Нейтрино #впливають #на #те #чи #вибухне #зоря #або #стане #чорною #дірою
Source link
