Konstnärens intryck av en supernova Kredit:James Josephides, Swinburne University of Technology
Ett team av forskare, inklusive chefsutredare Ilya Mandel från ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) vid Monash University, nyligen studerat vad som händer med roterande massiva stjärnor när de når slutet av sina liv.
Stjärnor producerar energi genom att smälta ihop lättare grundämnen till tyngre i sin kärna:väte till helium, sedan helium till kol, syre, och så vidare, upp till järn. Energin som produceras av denna kärnfusion ger också tryckstöd inuti stjärnan, som balanserar tyngdkraften och låter stjärnan förbli i jämvikt.
Denna process stannar vid järn. Bortom järn, energi krävs för att upprätthålla fusion snarare än att frigöras genom fusion. En tung järnstjärna drar ihop sig under gravitationen, skapa en neutronstjärna, eller om den är tillräckligt tung, ett svart hål. Under tiden, stjärnans yttre skikt exploderar i en lysande blixt, observerbar som en supernova. Dock, några massiva stjärnor verkar helt försvinna utan någon explosion. Teorier tyder på att dessa massiva stjärnor helt kollapsar till svarta hål, men är det möjligt?
Ett team ledd av Ariadna Murguia-Berthier, en Ph.D. kandidat vid University of California Santa Cruz, och involverar OzGravs chefsutredare Ilya Mandel, försökte svara på denna fråga. De var särskilt intresserade av att förstå om en roterande stjärna tyst kunde kollapsa in i ett svart hål.
Figuren visar bildandet av en rotationsstödd munk av gas runt det svarta hålet, eftersom den initiala gasen roterar allt snabbare. Kredit:Ilya Mandel, ARC Center of Excellence för upptäckt av gravitationsvågor
I deras papper som lämnats till Astrofysiska tidskriftsbrev , de beskriver en uppsättning simuleringar som undersöker kollapsen av ett roterande gasmoln i ett svart hål. De fann att om gasen roterar för snabbt i början, den kan inte kollapsa effektivt; istället, gasen stannar i en munkliknande form runt det svarta hålets ekvator.
Teamet antog att värmen som genereras från fallande gas som smäller in i denna snurrande gasmunk kommer att lossa stjärnans yttre skikt och skapa en supernovaliknande explosion. En liten procentandel av alla stjärnor visade sig också rotera tillräckligt långsamt – under tröskelvärdet för att denna gasstopp skulle inträffa – och kunde, verkligen, kollapsa i svarta hål tyst.
"Det är väldigt spännande att föra samman allmän relativitetsteori, sofistikerade beräkningstekniker, stjärnmodeller, och de senaste observationerna för att utforska bildandet av svarta hål från massiva stjärnor, säger Mandel.
