Астрономы нашли первые следы "кварковых взрывов" внутри звезд
Самые крупные и горячие звезды Вселенной могут заканчивать свою жизнь не обычной "термоядерной" сверхновой, а в результате экзотического "кваркового взрыва", пишут российские и зарубежные астрономы в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.
"Взрывы голубых сверхгигантов всегда были загадкой для нас - расчеты показывают, что они должны были сразу превратиться в черную дыру, а не породить вспышку сверхновой. Мы выяснили, что в центре таких светил ядерная материя превращается в кварково-глюонную плазму, которая и служить "двигателем" взрыва", - пишут ученые.
Ядерная "зола"
Все известные человечеству сверхновые возникли в результате взрыва крупных, но не самых больших звезд, чья масса составляет от 20 до 30 и от 40 до 50 солнечных масс. Между ними, по сути, зияет "дыра", которую, как считают некоторые теоретики, заполняют черные дыры, рождающиеся крайне необычным образом.
Все сверхновые в этом диапазоне масс возникают примерно по одному и тому же сценарию. Когда светило исчерпывает запасы термоядерного "горючего", его материя стремится резко сжаться до размеров атома под действием силы гравитации. В это время внутри него, в результате усиления термоядерных реакций и роста температур, возникает ударная волна, которая двигается от центра в сторону краев погибающей звезды.
В случае с "нормальными" сверхновыми, эта волна обладает достаточной силой для того, чтобы остановить сжатие и обратить его вспять, что приводит к мощнейшему термоядерному взрыву и разбрасыванию внешних оболочек светила, на месте которого возникает нейтронная звезда и гигантское облако горячего газа, пульсарная или планетарная туманность. Если же масса звезды слишком велика, то волна гаснет и возникает черная дыра.
Сергей Блинников, астроном из ГАИШ МГУ и Института теоретической и экспериментальной физики в Москве, а также ряд других зарубежных и отечественных астрофизиков, долгое время пытаются понять, как возникают "аномальные" сверхновые, чьими прародителями выступают очень крупные голубые гиганты, чья масса превышает солнечную в 50 раз или больше.
За последние годы телескоп PTF зафиксировал несколько десятков особенно мощных вспышек, порожденных подобными звездами, что заставило ученых серьезно задуматься о том, почему они сразу не превращаются в черные дыры, как на то указывают современные астрофизические теории, а взрываются по пока неизвестному механизму.
Команда Блинникова обратила внимание на то, что в тот момент, когда эти звезды начинают сжиматься, температуры в их центре дойдут до отметки примерно в два триллиона градусов Кельвина, а также сожмутся до таких давлений, при которых адроны - протоны, нейтроны и другие "обычные" частицы - начинают терять стабильность.
Кварковая бомба
Это натолкнуло их на мысль, что в этот момент часть или почти вся материя в центре умирающего светила может превратиться или в чистую кварково-глюонную плазму, первичную материю Вселенной, или в своеобразную смесь из адронов и кварковой материи. Этот процесс приведет к высвобождению огромного количества энергии, заточенной в связях между кварками.
Астрофизики проверили, сможет ли этот "кварковый взрыв" остановить гравитационный коллапс звезды и ее превращение в черную дыру. Для этого они создали компьютерную модель светила массой в 35 и 50 Солнц, учитывающую эти субатомные процессы, и просчитали последствия его гибели.
Оказалось, что этой энергии вполне хватит, чтобы разорвать крупную звезду на части и породить все те странности, которые были зафиксированы в спектре вспышек подобных "аномальных" сверхновых и их послесвечении в последние годы.
Смерть гиганта, как показывают расчеты физиков, затянется примерно на две секунды, причем она пройдет в три этапа. Первые два протекают так же, как и у "обычных" крупных звезд - сначала гибнущее светило сожмется, внутри него возникнет ударная волна, которая временно остановит сжатие.
Все это займет примерно одну секунду, после чего в центральной части умирающего голубого гиганта возникнет объект, похожий по свойствам на нейтронную звезду. Он продолжит сжиматься, и примерно на 1,22 секунде внутри него начнет возникать кварково-глюонная плазма, когда температуры и давления достигнут критических значений.
Этот процесс продлится всего одну миллисекунду, и он выделит огромное количество энергии. Она породит массу новых ударных волн, которые разорвут остатки голубого гиганта на части, и оставят на ее месте экзотическую "гибридную звезду" из смеси адронной и кварковой материи, и светящийся кокон из газа и пыли.
Следы этого процесса, как отмечают исследователи, можно будет "поймать", наблюдая за тем, как много антинейтрино прилетит на Землю до и после вспышки. По словам физиков, "обычные" сверхновые не порождают большого числа подобных частиц, и их присутствие подтвердит то, что самые мощные взрывы во Вселенной имеют кварковую природу.
