Во Вселенной может скрываться популяция массивных двойных нейтронных звезд

Новое исследование, в котором показано, каким образом взрыв лишенной оболочек массивной звезды как сверхновой может привести к формированию массивной нейтронной звезды или относительно легкой черной дыры, решает одну из самых сложных проблем, возникших при попытке интерпретировать результаты наблюдений столкновений между нейтронными звездами при помощи гравитационно-волновых обсерваторий LIGO и Virgo.

Первое обнаружение гравитационных волн при помощи обсерватории Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), состоявшееся в 2017 г., представляло собой случай столкновения между двумя нейтронными звездами, который в основном соответствовал ожиданиям астрономов. Но второе обнаружение, выполненное в 2019 г., соответствовало столкновению двух нейтронных звезд с необычно большой общей массой.

Поэтому в новом исследовании ученые во главе с Энрико Рамиресом-Руисом (Enrico Ramirez-Ruiz) обратили внимание на массивные системы из двух нейтронных звезд или системы из одной нейтронной звезды и одной не очень массивной черной дыры. Такая система образуется, когда обычная звезда массой от 10 масс Солнца теряет часть материи своих оболочек, отходящих в сторону компактного объекта, и на последнем этапе жизненного цикла взрывается как сверхновая с коллапсом ядра, в результате чего на месте звезды остается массивная нейтронная звезда или легкая черная дыра - в зависимости от массы ядра умирающей звезды на завершающем этапе ее жизненного цикла. Так в системе появляется второй компактный объект.

Результаты проведенного командой моделирования показали, что часть оболочек звезды при взрыве отходит в космос, а другая часть падает на вновь образующуюся нейтронную звезду или черную дыру. Для звезды с исходной массой примерно в 10 масс Солнца, если энергия взрыва будет велика, газовые оболочки будут вытолкнуты, и сформируется нейтронная звезда, а если энергия взрыва будет относительно низкой, то оболочки упадут на формирующийся компактный объект – и на месте звезды появится черная дыра.

Еще одно важное наблюдение, сделанное авторами, состоит в том, что возможность наблюдать систему из двух массивных компактных объектов будет определяться массой ядра исходной звезды. Если масса будет относительно небольшой, то звезда легко отдаст свои оболочки нейтронной звезде-компаньону, и в результате интенсивного переноса массы сформируется пульсар – легко заметный в радио- или рентгеновском диапазоне объект. В случае же если исходная звезда достаточно массивна, она будет эффективно удерживать собственные оболочки, и в результате такая система будет в целом оставаться для нас невидимой. Согласно авторам, во Вселенной может скрываться достаточно обширная популяция таких невидимых двойных систем.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters.