Как възникват масивните черни дупки?
Все още не е потвърдено изрично, само че нови проучвания допускат, че в случай че звездата не създава задоволително О2, тя може да се трансформира в солидна черна дупка, когато почине.
Въпросът се концентрира към един от типовете звезди, наименуван звезди на Волф-Райе. Те се раждат солидни, десетки пъти повече от масата на Слънцето, и живеят живота си гневно и бързо. Подобно на Слънцето, те стартират да стопяват водород в хелий в ядрата си, само че тяхната спомагателна маса в действителност притиска ядрото, повишавайки температурата и налягането. Това значи, че синтезът протича с доста по-висока скорост от Слънцето. Слънцето е сливало водород в ядрото си от милиарди години, само че солидните звезди изчерпват запасите си единствено за няколко милиона.
След това стартират да стопяват хелия във въглерод. Тъй като въглеродът се натрупва в ядрото, могат да се осъществят други реакции, като обединение на хелий и въглерод дружно за формиране на О2 – двата протона в хелиевото ядро се комбинират с шестте във въглерода, с цел да се получи ядро с осем: О2.
Тези звезди създават толкоз доста сила в ядрата си, че външните пластове на звездата могат да стартират да се издухват, отнесени от гневния гърмеж на светлина изпод. Това се случва късно в живота на звездата, когато й остават единствено няколкостотин хиляди години. Звездата става необикновено светла, хиляди пъти по-ярка от Слънцето, а вятърът от газ се осветява от фара вътре. Така се трансформира в звезда на Волф-Райе.
Има няколко типа звезди на Волф-Райе, според от химичния състав на атмосферите им. Едната се назовава WC, която има доста въглерод в нея, а другата е WO, с доста О2. Винаги се е приемало, че защото кислородът се основава по-късно в живота на звездата, WO звездите са по-„ еволюирали “ от WC звездите, по-близо до своя неминуем край.
Но новото изследване демонстрира, че това не е тъкмо по този начин. Разглеждайки няколко WC и WO звезди в Големия Магеланов облак, вселена сателит към нашия Млечен път, учените откриват, че не че WO звездите имат повече О2 — в действителност те имат почти същото количество като WC звездите — а, че WO звездите са доста по-горещи от WC звездите. Кислородът свети по-добре при тези условия, което го прави по-лесно да се вижда.
По подигравка на ориста обаче техните модели за държанието демонстрират, че звездите от WO в действителност са приблизително по-далеч в живота си от звездите от WC. Още по-странно е, че WO звездите имат повече въглерод от WC звездите! Заедно с това наподобява, че имат по-малко хелий и това накара астрономите да се замислят.
Моделите на това по какъв начин звездите сливат ядра дружно имат компликации да реализират верния баланс със звездите на Волф-Райе. Звездите на WO имат повече въглерод и по-малко О2, в сравнение с плануват моделите. Защо?
В тези звезди протичат две съществени реакции на синтез на хелий. По-горе беше упоменато една, която комбинира хелий и въглерод за приемане на О2. Друга слива три хелиеви ядра дружно, с цел да образува въглерод. Тази първа реакция понижава както наличието на хелий, по този начин и въглерода в звезда, с цел да образува О2, само че втората създава повече въглерод. Тези реакции протичат със скорости, които създават количеството О2 и въглерод, което виждаме в звездите. За да подхождат на наблюденията на WO звездите обаче, моделите би трябвало да създават повече въглерод и по-малко О2.
Един от методите да извършите това е, в случай че първата реакция – хелий + въглерод = О2 – е по-бавна, в сравнение с нормално се допуска. Това понижава количеството О2 и разрешава на другата реакция да създава релативно повече въглерод. Както се случва, скоростта на обединение на хелий/въглерод не е добре разбрана и елементарно може да бъде с 25 – 50% по-малко, в сравнение с се счита, че е задоволително, с цел да изясни звездите на WO.
Забавянето на скоростта на реакцията взема решение този проблем. Но се оказва, че може да реши и друго.
Когато две черни дупки се сблъскат, те основават гравитационни талази, талази в пространство-времето. Те могат да бъдат открити и първите бяха видяни от детекторите LIGO през 2016 година С течение на времето бяха открити още десетки и породи странна обстановка: черните дупки, които бяха видяни, бяха прекомерно солидни.
Черните дупки се образуват, когато солидни звезди експлодират и техните ядра се срутват. Това нормално се случва, когато сливането на О2 основава силиций, а по-късно сливането на силиций основава желязо. Топенето на желязо в действителност отстранява силата от ядрото, което то би трябвало да поддържа, тъй че когато желязото стартира да се слива, ядрото се срутва и образува черна дупка.
Но не постоянно. Над избрана съществена маса стартира да се реализира комплицирана физика, при която силата на кислородния синтез е толкоз висока, че гама лъчите, основани в процеса на синтез, се трансформират в електрони и позитрони: материя и антиматерия. Енергията на предаваните гама лъчи оказва помощ да се поддържа ядрото и в случай че те изчезнат посредством преобразяване в материя/антиматерия, ядрото може да се срути доста преди синтезът на желязо да стартира. Това предизвиква титанична детонация, наречена свръхнова с неустойчивост на двойката („ двойката “ се отнася до електрони и позитрони). Звездата се разпръсква на части и не се образува черна дупка.
Но ние продължаваме да виждаме черни дупки над тази граница на маса! Как може да стане това?
Част от казуса в ядрото е дали има доста О2 за стопяване, когато температурата стане задоволително висока. Това е, което може да аргументи неустойчивост на двойката и да взриви звездата.
Ако скоростта на реакцията, която прави кислорода, е по-бавна, в сравнение с се смяташе, няма да се сътвори толкоз доста и ядрото става по-стабилно при по-високи маси от в началото плануваните модели. След това тези звезди могат да продължат да съществуват, вместо да експлодират, когато стартира синтез на О2. Те могат да преминат през естествените стадии на произвеждане на силиций и по-късно на желязо, след което да се срутят в черна дупка. Тази черна дупка може да бъде по-масивна, в сравнение с първичните модели плануват, обяснявайки фактически следените черни дупки с по-голяма маса.
Така че по-ниската скорост на произвеждане на О2 изяснява както следените звезди на WO Волф-Райе, по този начин и ненадейно черните дупки с огромна маса, открити от LIGO.
Учените харесват, когато едно съмнение взема решение повече от един проблем. Това го прави по-вероятно да е вярно. Това не е доказателство, само че му придава по-голяма тежест.
