Bardzo masywne gwiazdy (VMS), których masa przekracza 100 mas Słońca, odgrywają kluczową rolę w ewolucji kosmosu. To właśnie one odpowiadają za narodziny czarnych dziur, wybuchy supernowych i inne ekstremalne zjawiska. Mimo to ich cykl życia wciąż skrywa wiele tajemnic. Nowe badania sugerują, że wcześniejsze modele nie doceniały skali utraty materii przez te gwiazdy, co może wyjaśniać niektóre rozbieżności między teorią a obserwacjami.
Jednym z głównych problemów było zrozumienie, dlaczego bardzo masywne gwiazdy utrzymują stosunkowo stałą temperaturę powierzchniową, mimo że dotychczasowe modele przewidywały jej znaczne wahania. Odpowiedzi na to pytanie poszukiwali naukowcy z International School for Advanced Studies (SISSA) we Włoszech, pod kierownictwem Kendalla Shepherda.
Zespół badawczy wykorzystał zaktualizowaną wersję kodu ewolucji gwiazd PARSEC v2.0, wprowadzając nowy sposób modelowania wiatrów gwiazdowych — potężnych strumieni naładowanych cząstek emitowanych z powierzchni gwiazd. Dotychczas silne wiatry włączano w symulacjach dopiero w pobliżu granicy Eddingtona — punktu, w którym ciśnienie promieniowania równoważy przyciąganie grawitacyjne. Nowa wersja kodu pozwala na występowanie intensywnych wiatrów także przy niższych jasnościach, co prowadzi do znacznie większej utraty masy przez VMS.
To z kolei przekłada się na większą stabilność temperatury powierzchniowej gwiazd oraz głębokie zmiany w ich strukturze i ewolucji. W układach podwójnych silniejsze wiatry mogą ograniczać zbliżanie się gwiazd, zmniejszając ich promień, a jednocześnie umożliwiać przekazywanie materii między składnikami układu. Powoduje to powstanie złożonych, dynamicznych ścieżek ewolucyjnych.
Nowe modele niosą również istotne konsekwencje dla naszego rozumienia procesu powstawania czarnych dziur. Wynika z nich, że w pobliżu dolnej granicy tzw. luki masy niestabilności par — zakresu, w którym supernowe z powodu produkcji par elektron-pozyton prowadzą do całkowitego zniszczenia gwiazdy — powstaje mniej czarnych dziur, niż wcześniej sądzono. Jednocześnie rośnie prawdopodobieństwo tworzenia się układów podwójnych czarnych dziur o zbliżonych masach (około 30–40 mas Słońca), co jest zgodne z danymi z ostatnich detekcji fal grawitacyjnych.
Obserwacje dostarczone przez Mgławicę Tarantula i znajdującą się w jej wnętrzu gromadę R136 — zawierającą dziewięć VMS o łącznej jasności 30 milionów razy większej niż Słońce — od dawna stanowiły wyzwanie dla modeli teoretycznych. Teraz, dzięki nowemu podejściu do modelowania wiatrów gwiazdowych, po raz pierwszy udaje się dopasować przewidywania do rzeczywistych właściwości tych obiektów.
Choć zaproponowane modele nie są jeszcze doskonałe, stanowią istotny krok naprzód. Dają one nowe ramy do analizy życia bardzo masywnych gwiazd i ich wpływu na kosmiczny krajobraz. Lepsze zrozumienie tych procesów może pomóc nam rozwikłać jedne z największych zagadek współczesnej astrofizyki.
Źródło: 1