Что будет если две звезды столкнутся
Столкновение нейтронных звезд: загадочная катастрофа
Столкновение нейтронных звезд: как это происходит
Существует три основные теории того, что может произойти при подобном столкновении. В первом случае образуется черная дыра; во втором — получается нейтронная звезда, которая живет всего лишь несколько миллисекунд, после чего превращается или в черную дыру, или в третий вариант — стабильную нейтронную звезду. Если в данном случае все прошло по третьему сценарию, то астрономам повезло наблюдать самую большую нейтронную звезду из когда-либо открытых.
Гравитационные волны, которые ученые наблюдали с помощью LIGO, не смогут прояснить ситуацию. Однако здесь на помощь ученым приходит килонова.
Поскольку изначально нейтронные звезды вращаются по спирали, они могут ускоряться до примерно 1/3 скорости света, объясняет Эдо Бергер из Гарвардского университета. Когда две такие звезды сталкиваются и становятся одной, объект сохраняет этот импульс и, как следствие, вращается невероятно быстро. В процессе этого огромная звезда излучает энергию, которая или дополнительно ускоряет процесс, или, напротив, замедляет его. Если нейтронная звезда замедлится до порогового предела, то неизбежно запустит самопроизвольный процесс по превращению в черную дыру. Точная масса, при которой происходит коллапс небесного тела, до сих пор неизвестна — ясно лишь то, что звезда должна быть колоссальной.
Точка зрения Земли
Таким образом, астрономам остается лишь наблюдать за килоновой. Повышение уровня излучаемой энергии будет означать, что две звезды успешно слились в одну. «Для нейтронной звезды килонова представляет собой излучение энергии в разных направлениях, в то время как для черной дыры это просто мощный импульс в одну сторону, своего рода «реактивная струя, которая вызовет заметный гамма-всплеск», говорит Бергер.
В ближайшие несколько недель ситуация должна разрешиться. Если раньше все теории строились на гипотезах, то теперь исследователям предстоит лишь расшифровать фактические данные и выяснить наконец, что же произошло в результате столь феноменальной катастрофы.
Что произойдет, если столкнутся две нейтронные звезды?
Нейтронные звезды — сверхплотные остатки звезд, возникающие при взрыве сверхновой звезды. Согласно статье, опубликованной на портале livescience.com, Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) смогла обнаружить два подобных объекта в момент их мощного столкновения друг с другом. Данное гравитационное волновое событие, по-видимому, было вызвано особенно массивными объектами, которые бросают вызов астрономическим моделям нейтронных звезд. Что же может означать подобное открытие для науки?
Нейтронные звезды — одни из самых малоизученных объектов во Вселенной
Взрыв нейтронных звезд
Когда два с половиной года назад обсерватория LIGO обнаружила первую пару нейтронных звезд — относительно небольших по космическим меркам объектов, оставленных после смерти массивной звезды, специалистам обсерватории посчастливилось наблюдать их вращение и слияние. Разбиваясь таким образом, тяжелые объекты создают сильную рябь в ткани пространства-времени, которую и заметила американская обсерватория. Из-за того, что общая масса пары нейтронных звезд была в почти в 3,5 раза больше массы Солнца, данное качество выделяет “тяжеловесов” среди аналогичных объектов, никогда не превышающих массу Солнца более, чем в 2,9 раза.
Исследователи не исключают, что сливающиеся объекты на самом деле являлись небольшими черными дырами или же черной дырой в паре с нейтронной звездой. Однако даже если так, то исследователи, возможно, смогли обнаружить самую маленькую черную дыру за всю историю астрономических наблюдений. Всякий раз, когда обсерватория чувствует близость потенциально интересного для изучения космического объекта, она отправляет сигнал тревоги астрономическому сообществу, которое немедленно настраивает доступные ему телескопы на заданный участок неба. Именно так и произошло в тот момент, когда ЛИГО впервые обнаружило процесс слияния нейтронных звезд. Находясь в 130 миллионах световых лет от Земли, уникальное событие помогло землянам открыть эру многомессенджерной астрономии, которая помогает исследователям всего мира получить доступ к большому количеству информации о небесных явлениях.
Кстати говоря, еще больше полезных статей вы можете найти в наших официальных каналах в Telegram и в Яндекс.Дзен.
Ученым удалось пронаблюдать слияние двух нейтронных звезд
Пожалуй, самым удивительным в данной ситуации явлением может оказаться то, что колоссальное по космическим меркам событие произошло без какого-либо сопровождающего его видимого взрыва. Ученые считают, что в тот момент, когда нейтронные звезды слились, они постепенно коллапсировали в черную дыру, которая была создана так быстро, что смогла мгновенно поглотить любые исходящие вспышки света.
Как бы то ни было, астрономы продолжат изучать уникальное событие, а также последующие проявления связанных с ним гравитационных волн. Ожидается, что уже через несколько недель в Японии появится новый детектор, который поможет ученым обнаружить и точно определить источник еще большего количества гравитационных аномалий.
Что будет, если в космосе столкнутся звезды?
Звезды. Колоссальные по меркам землян объекты космоса. Они непрерывно рождаются, взрываются, превращаются в черные дыры и белые карлики. Но есть и еще один интересный процесс – столкновение звезд. Что же происходит в этом случае? Есть несколько вариантов.
Звезды столкнулись
Если скорость столкновения будет выше определенного порогового значения, около 500 километров в секунду, кинетической энергии будет достаточно, чтобы звездный материал рассеялся в огромное расширяющееся облако газа. И это облако никогда не станет новой звездой.
Если скорость будет ниже, звезды сольются в новую массивную звезду. Эволюция новой звезды начнется заново. Поскольку этот объект получит обновленное ядро, состоящее из свежего топлива внешних слоев столкнувшихся звезд.
Если скорость столкновения будет умеренной, и его направление будет смещено от центра, звезды лишь коснутся друг друга. И начнут вращаться вокруг общего центра масс. И, возможно, будут даже иметь общую газовую оболочку. Но со временем два отдельных объекта начнут сближаться друг с другом по спирали. И, в итоге, сольются в одну новую массивную звезду.
Но если столкнутся две нейтронные звезды, может произойти рождение совсем нового объекта. Ведь нейронные звезды очень маленькие и плотные. И поэтому они очень тяжелые. И иногда им не хватает совсем немного массы, чтобы стать черной дырой. Поэтому весьма вероятно, что если две нейтронные звезды сольются, их совокупная масса превысит максимальную массу, которую может иметь нейтронная звезда. И тогда возникнет черная дыра. Точно также столкновение двух белых карликов может породить нейтронную звезду.
Звездный вальс
Команда ученых недавно сделала очень смелое предсказание: в 2022 году, плюс-минус год, пара звезд сольется и взорвется. И станет самым ярким объектом на нашем ночном небе на некоторое время. Известно, что весьма трудно предсказать с большой точностью подобные звездные катастрофы. Однако в данном конкретном случае обнаруженная звездная пара участвует в хорошо задокументированном «танце смерти», который неизбежно достигнет кульминации в следующие несколько лет.
Исследователи начали изучать космический объект, известный как KIC 9832227, в 2013 году. И через некоторое время поняли, что на самом деле имеют дело с двойной, или даже тройной звездой. Исследователи обнаружили, что скорость вращения компонентов системы постепенно становится все быстрее и быстрее. Это означает, что звезды становятся все ближе друг к другу. Сегодня они уже настолько близки, что, скорее всего, у них уже есть общая атмосфера.
Только представьте, какое великолепное зрелище мы сможем увидеть в небе через некоторое время!
Что происходит при столкновении планет, звёзд и чёрных дыр?
Столкновение двух нейтронных звёзд – основной источник многих из тяжелейших элементов периодической таблицы во Вселенной. При таком столкновении выбрасывается 3-5% массы; всё остальное превращается в чёрную дыру.
Вселенная в известном нам виде существует уже почти 14 млрд лет: достаточно времени для того, чтобы гравитация стянула материю в скопления, комки и схлопнувшиеся объекты. К сегодняшнему дню Вселенная заполнена планетами, звёздами, галактиками, и ещё более крупными структурами, связанными гравитацией на фоне расширяющейся Вселенной.
Но всё не так уж ясно и просто. Хоть космос и огромен, в нашей галактике существуют триллионы объектов, двигающиеся миллиарды лет. Некоторые сформировавшиеся системы содержат в себе по нескольку объектов, и их столкновения не просто вероятны – они неизбежны. А при столкновении или слиянии они меняются навсегда. И вот космическая история того, что при этом происходит.
Когда объект сталкивается с планетой, он может выбить из неё осколки, что приведёт к формированию лун. Так появилась наша Луна, а также, как мы думаем, луны Марса и Плутона.
Столкновения планеты с планетой. На ранних этапах развития Солнечной системы, скорее всего, планет было больше восьми. Между Юпитером и Нептуном мог существовать ещё один газовый гигант; лучшие наши симуляции говорят о том, что его выбросило из системы. Но считается, что во внутренней Солнечной системе был ещё один мир размером с Марс, столкнувшийся с молодой Землёй, породив огромное облако обломков, собравшихся и создавших Луну. Модель ударного формирования Луны (или “гигантское столкновение”) тщательно подтвердили множеством различных свидетельств, включая и образцы, привезённые на Землю миссиями “Аполлон”.
Вместо наблюдаемых сегодня двух лун столкновение, породившее околопланетный диск, могло создать у Марса три луны, из которых до сегодняшних дней дожили только две.
Кроме этого, у нас есть неплохие свидетельства того, что и у Марса луны появились из-за большого протопланетного столкновения – и что изначально у него было три луны, а потом одна из них упала обратно на поверхность.
Из всех проведённых симуляций и накопленных свидетельств следует, что скалистые планеты сравнимого размера довольно часто сталкиваются друг с другом на ранних уровнях развития солнечных систем. При столкновении возникает одна, более крупная планета, и облако осколков, которое собирается в один, недалеко расположенный крупный спутник, и несколько более мелких и удалённых. Система Плутон-Харон – прекрасный пример такого явления, в котором подальше от них кувыркаются ещё четыре дополнительных луны.
Сценарий сближения по спирали и слияния коричневых карликов, находящихся так далеко друг от друга, как эти, займёт очень долгое время из-за гравитационных волн. Но вероятность столкновения довольно высока. Красные звёзды при столкновении порождают голубые отставшие звёзды, а коричневые карлики могут при столкновении порождать красных карликов. Спустя достаточно долгое время такие вспышки света могут стать единственными источниками света во Вселенной
Столкновения коричневых карликов. Хотите создать звезду, но не набрали достаточно массы для этого, а газовое облако, которым вы пользовались, уже схлопнулось? У вас есть второй шанс! Коричневые карлики похожи на крайне массивных газовых гигантов, превышая по массе Юпитер в десяток раз, и разогреваются до достаточно высоких температур (порядка 1 000 000 К) и давлений в центре, чтобы запустить синтез из дейтерия, но недостаточных для синтеза из водорода. Они испускают свет, остаются относительно холодными, и не дотягивают до звания настоящих звёзд. По массе они находятся в промежутке от 1% до 7,5% от солнечной, и считаются неудавшимися звёздами.
Но если у нас два карлика составляют двойную систему, или принадлежат к случайно столкнувшимся разным системам, всё это может мгновенно поменяться.
Луман 16 составляют два коричневых карлика, и они, в конце концов, могут слиться вместе и породить звезду
Всё потому, что состав этих неудавшихся звёзд практически не меняется со временем. Они так и состоят из 70-75% водорода, и при слиянии это несгоревшее топливо сохраняется. Если общая масса объекта после слияния превысит критический порог в 0,075 солнечных, во Вселенной появится новая звезда! С таким количеством массы в одном объекте температура превысит критические 4 000 000 К, и запустит синтез из водорода. Вместо двух коричневых карликов появится красный карлик: настоящая звезда М-класса. И у расположенной недалеко от нас системы Луман 16, всего в 6,5 световых годах, все параметры находятся соблазнительно близко к необходимому пределу, за которым она сможет стать красным карликом.
Часть шарового скопления Terzan 5, уникальной связи с прошлым Млечного Пути. В шаровых скоплениях можно обнаружить невероятно старые звёзды, оставшиеся от первых вспышек звёздного формирования, происходивших недалеко от нас. Но иногда встречающиеся в скоплении голубые звёзды говорят нам, что не всё так просто.
Столкновения двух звёзд. Звёзды бывают различных масс, и те, масса которых мала, более красные, холодные, и сжигают своё топливо медленнее. Звёзды большей массы голубые, более горячие и живут меньше. Оценить возраст звёздных скоплений можно, изучая звёзды с наибольшей массой из оставшихся, поскольку самые массивные звёзды умирают первыми.
Однако, изучая самые старые из скоплений, мы обнаруживаем популяции звёзд, более голубых и горячих, чем это должно оказаться возможным. Они просто не соответствуют остальным, окружающих им звёздам. Однако эти голубые заблудшие звёзды реальны, и у их существования есть фантастическое объяснение: столкновения звёзд.
Голубые заблудшие звёзды (заключены в кружочки во вставке с увеличенным изображением) [фото кликабельно], формируются, когда старые звёзды или их останки сливаются вместе. После того, как отгорят последние звёзды, этот процесс может, хотя и ненадолго, вернуть свет во Вселенную
Возьмём две (или более) звёзд и соединим их, и они породят одну, более массивную звезду. Даже когда останутся только более красные звёзды, от 0,7 до 0,8 солнечной массы, при слиянии они могут породить голубую звезду (1,5 солнечной массы), даже если их звёздное скопление слишком старое для того, чтобы там появлялись звёзды массой в 1,5 солнечной.
Голубые заблудшие звёзды часто встречаются в плотных участках шаровых скоплений, и демонстрируют, что даже после того, как все звёзды с массой порядка солнечной и выше уже сгорели, всё ещё будут появляться новые звёзды – просто благодаря гравитационному слиянию.
Главным событием астрономии многих источников будет слияние двух белых карликов, которые будут располагаться достаточно близко к Земле, чтобы мы смогли одновременно обнаружить нейтрино, свет и гравитационные волны. Известно, что такие объекты порождают сверхновые типа Ia.
Оплатите подписку, и реклама отключится
Столкновения белых карликов. Допустим, обычная наша звезда из главной последовательности прожила свою жизнь, сожгла всё топливо, которое могла. Ядро остатка звезды стало белым карликом: такая судьба ждёт и наше Солнце. А затем, плавая в глубинах межзвёздного пространства, она столкнулась с другим белым карликом.
Столкновения белых карликов приводят к появлению сверхновых типа Ia, и возможно, принадлежат к самым распространённым способам появления этих катаклизмов. Когда это случается, в звёздах запускается неконтролируемая реакция синтеза, что выделяет огромное количество света и энергии, и полностью уничтожает обоих белых карликов, вызвавших это событие. Это один из тех типов столкновений, в которых уничтожаются оба столкнувшихся объекта.
Представление художника о слиянии двух нейтронных звёзд. Системы из двух нейтронных звёзд сближаются по спирали и сливаются, однако самую близкую из пар, которые мы обнаружили, такое слияние ждёт не ранее, чем через 100 млн лет. До этого момента LIGO, вероятно, найдёт ещё много таких.
Столкновения нейтронных звёзд. Нейтронные звёзды, порождённые звёздами ещё более массивными, чем те, что порождают белых карликов, часто существуют в системах из нескольких звёзд. Недавно мы наблюдали сближение по спирали и слияние двух нейтронных звёзд: событие под названием килоновая. В данном случае излучается огромный импульс энергии, а также довольно большая порция массы. Событие, отмеченное в 2017 году, стало первым, когда мы смогли наблюдать за таким объектом как в гравитационных волнах, так и в электромагнитном диапазоне.
Массы звёздных остатков можно измерять разными способами. На графике показаны массы чёрных дыр, обнаруженных при помощи наблюдения в электромагнитном диапазоне (пурпурные); чёрные дыры, обнаруженные по гравитационным дырам (синие); нейтронные звёзды, обнаруженные в электромагнитном диапазоне (жёлтые); массы нейтронных звёзд, слившихся в событии GW170817, которое мы наблюдали в гравитационных волнах (оранжевые). В результате слияния на краткое время появилась нейтронная звезда, быстро превратившаяся в чёрную дыру.
При слиянии двух нейтронных звёзд в одну они либо:
В ближайшие годы и десятилетия мы надеемся увидеть множество таких событий, чтобы ещё улучшить точность данных.
Слияние двух чёрных дыр сравнимой массы – такое, какое наблюдали при помощи LIGO. В центрах некоторых галактик могут существовать сверхмассивные двойные чёрные дыры, и они выдадут сигнал куда как более сильный, чем изображённый здесь.
Столкновения чёрных дыр. При слиянии чёрной дыры с чёрной дырой получится ещё более массивная ЧД. Но есть подвох: порядка 5% их массы потеряется. В первом наблюдаемом нами слиянии участвовала ЧД 36 солнечных масс и ЧД 29 солнечных масс. Однако они породили ЧД с массой в 62 солнечных. Порядка трёх солнечных масс просто пропало.
Куда они делись? Они были испущены в виде гравитационного излучения: гравитационных волн, которые LIGO обнаружил на расстоянии в миллиард световых лет. В течение небольшого периода времени, длящегося меньше секунды, две сливающихся ЧД могут испустить больше энергии в наблюдаемую Вселенную, чем все существующие внутри неё звёзды в сумме.
Обсерватория LIGO в Хэнфорде в штате Вашингтон, улавливающая гравитационные волны – один из трёх работающих в унисон детекторов, совместно с тем, что расположен в Ливингстоне в Лос-Анджелесе, и с детектором VIRGO в Италии.
Ожидается существование и других столкновений – ЧД с нейтронной звездой, нейтронной звезды с белым карликом, нейтронной звезды с нормальной звездой и даже чёрной дыры с нормальной звездой. Активные галактики или микроквазары могут быть порождены чёрной дырой, пожирающей звезду или облако газа. Нам ещё предстоит засечь подобные события, хотя мы уже нашли кандидата на звание объекта Торна — Житков: красного гиганта, в качестве ядра которого выступает нейтронная звезда. Космос, возможно, и весьма велик, но он далеко не пуст. Особенно внутри галактик и шаровых скоплений плотность планет, звёзд и звёздных остатков огромна, и столкновения, подобные описанным, там неизбежны. И к каким бы последствиям они не приводили, нам предстоит это выяснить!
PS: бонус для любителей праздника Helloween – Итан Сигель в костюме телескопа Джеймс Уэбб:
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Столкновение нейтронных звезд приводит к рождению черной дыры
Встреча двух нейтронных звезд в пространстве начинается с того, что эти два объекта, обладающие огромной массой, «запутываются» во взаимных гравитационных объятиях. Далее развитие событий может пойти двумя путями. В первом случае при столкновении нейтронных звезд происходит один из сильнейших взрывов, сопровождающийся невероятно мощным выбросом гамма-излучения (Gamma-Ray Burst, GRB).
Невероятно высокие гравитационные силы, действующие в районе нейтронной звезды, являются причиной тому, что материя не может находиться в традиционном для нее виде, в виде отдельных атомов. В таких условиях атомы материи разрушаются, а сама материя переходит в вид вырожденной нейтронной материи, в котором строение самих нейтронов препятствует «схлопыванию» нейтронной звезды в сингулярность и превращению ее в черную дыру.
Но если к массе вырожденной материи нейтронной звезды добавится еще такое же количество, то гравитационные силы смогут преодолеть сопротивление нейтронов и ничего не сможет послужить препятствием разрушению образовавшейся в результате столкновения нейтронных звезд структуры.
Математическая модель показывает, что периодические невероятно мощные гравитационные взаимодействия двух нейтронных звезд взламывают тонкую оболочку обеих звезд, что приводит к выбросу в окружающее пространство огромных количеств материи и энергии в виде излучения. Процесс сближения двух нейтронных звезд происходит очень быстро, в течение долей секунды, а в результате столкновения получается тороидальное кольцо материи, в центре которого появляется новорожденная черная дыра.
Математическое моделирование таких высокоэнергетических событий имеет важное значение не только для понимания истории происхождения большинства черных дыр. Такие события являются источником, из которого появляются самые тяжелые химические элементы во Вселенной, более тяжелые, чем железо, которые не могут образоваться никаким другим путем. А это указывает на важное значение нейтронных звезд и связанных с ними процессов в сложной химии Вселенной, в которой тяжелые элементы играют далеко не самую последнюю роль.