Las estrellas muy masivas que colapsan para crear agujeros negros pueden vomitar mucho más material durante sus cortas vidas de lo que pensábamos anteriormente.
Encajar con las observaciones astronómicas de estas estrellas, que tienen masas más de 100 veces que el solun equipo de científicos ha estimado que estrellas muy masivas Debe tener vientos estelares Mucho más poderoso de lo que se ha estimado en el pasado. Estos vientos deben ser lo suficientemente potentes como para soplar las capas externas de estas monstruosas estrellas en el espacio.
El modelado del equipo reveló cómo los binarios estelares pueden conducir a fusiones entre estrellas que forjan estrellas solteras y muy masivas. También exploraron el impacto de los vientos estelares más fuertes agujero negro poblaciones, apuntando lejos de la formación de esquivos agujeros negros de masa intermedia.
“Las estrellas muy masivas son como las ‘estrellas de rock’ del universo: son poderosas y viven rápido y mueren jóvenes”, dijo a Space.com, miembro del equipo Kendall Shepherd, investigador del Instituto de Estudios Avanzados en Italia (conocido por su acrónimo italiano, Sissa). “Para estas estrellas muy masivas, su viento estelar es más como un huracán que una ligera brisa”.
Mientras se espera que nuestro sol de tamaño promedio viva para alrededor 10 mil millones de añoslas estrellas muy masivas arden a través de su combustible nuclear Más rápido, vivir por unos pocos millones de años, o incluso unos cientos de miles de años.
Estudiar tales gigantes es importante porque tienen un profundo impacto en sus entornos a pesar de sus cortas vidas, dijo Shepherd.
“Los fuertes vientos de estrellas muy masivas y su eventual Explosiones de supernova Expulsar elementos recién formados en el medio ambiente “, dijo.” Muchos de estos elementos forman la base de nuevas estrellas, mientras que otros, como el carbono y el oxígeno, son los componentes básicos de la vida.
“También son los progenitores de los agujeros negros, incluidos los binarios de los agujeros negros que se fusionan y producen olas gravitacionales que detectamos en la tierra “.
La dieta de la caída de la masa de la estrella de rock
En la nueva investigación, Shepherd y sus colegas analizaron estudios teóricos y observacionales de estrellas muy masivas.
“Tales estrellas masivas son increíblemente raras, y existían tan pocas restricciones de observación”, dijo Shepherd. “Con la ayuda del espacio y los telescopios terrestres, los investigadores finalmente pudieron observar directamente varias estrellas en el Nebulosa tarántula del Gran nube magelánica con masas superiores a 100 veces la masa de nuestro sol por primera vez “.
Esos estudios anteriores encontraron que las estrellas más masivas en la nebulosa de la tarántula son un tipo raro y brillante de despojado en su mayoría. Estrellas de lobo-rayet (Estrellas WNH) al final de su fase de quema de hidrógeno, lo que significa que muestran hidrógeno sobrante en su superficie.
“Se descubrió que estas estrellas eran muy calientes, alrededor de 72,540 a 90,000 grados Fahrenheit (40,000 a 50,000 grados Celsius). ¡Eso es demasiado candente! “Los investigadores juntaron las dos piezas y usaron las propiedades observadas para calibrar una ‘receta’ de pérdida de masa para combinar la teoría y la observación”.
El equipo trabajó en esta receta en su código de evolución estelar, conocido como Parsec (Código de Evolución Estelar de Padova y Trieste), para crear un nuevo modelo que explique las estrellas masivas de la nebulosa Tarantula.
“Nuestros nuevos modelos con vientos estelares más fuertes ahora pueden igualar las observaciones y la teoría. Los vientos fuertes despojan las capas externas de la estrella, evitando que se enfríe, mientras mantiene la composición de la superficie que coincide con una estrella de WNH”, explicó Shepherd. “La estrella se mantiene más compacta y caliente por más tiempo, reproduciendo exactamente lo que muestran las observaciones”.
La investigación del equipo sugiere que hay dos rutas diferentes que podrían haber llevado al nacimiento de estrellas como la estrella más masiva jamás visto, R136A1. Esta estrella, que también se encuentra en la nebulosa Tarantula, tiene hasta 230 veces la masa del sol y emite millones de veces más energía que nuestra estrella. También tiene solo 1,5 millones de años, en comparación con los 4.600 millones–Sol de un año.
El modelo del equipo sugiere que R136A1 podría haber nacido como una estrella soltera y anormal, o podría haberse formado como resultado de una fusión estelar dramática.
“Me sorprendió que nuestros resultados dieran dos explicaciones posibles distintas para el origen de R136A1, la estrella más masiva conocida. Estaba bastante fascinado de que una fusión estelar binaria, donde dos estrellas se fusionan y se conviertan en una estrella única y más masiva, pudiera proporcionar un origen plausible”, dijo Shepherd. “Aún más interesante es la diferencia en la masa inicial que se necesita para reproducir R136A1 de los escenarios de fusión estelares y estelares de una sola y binaria”.
El investigador agregó que, para que un origen de una sola estrella coincida con las características de R136A1, la estrella necesitaría una masa inicial de más de 100 masas solares, más grande de lo necesario para un origen binario de fusión estelar, independientemente de la receta de viento utilizada.
“Esto podría sugerir una revisión de lo que pensamos que era el límite superior de cuán masiva puede ser una estrella en el universo local”, dijo Shepherd.
¿En qué dirección sopla el viento para los agujeros negros?
Los vientos estelares fuertes y la rápida pérdida de masa que causan también tienen fuertes implicaciones para las masas de agujeros negros que se crean cuando las estrellas masivas colapsan bajo su propia gravedad al final de sus vidas.
“Debido a que los vientos más fuertes despojan gran parte de la masa de la estrella, al final de sus vidas forman agujeros negros más pequeños”, dijo Shepherd. “Este estudio puede arrojar mucha luz sobre la predicción de masas de agujeros negros. Los modelos estelares que usan las recetas estándar y más débiles de pérdida de masa pueden producir agujeros negros de masa intermedia”.
Estos agujeros negros, que son alrededor de 100 a 10,000 veces más masivos que el sol, tienen resultó difícil de encontrar para los astrónomos.
“Al hacer que las estrellas pierdan más masa a través de vientos más fuertes, las simulaciones producen menos de estos objetos inciertos, lo que hace que nuestros modelos estén más en línea con lo que se encuentra en la naturaleza!” Dijo Shepherd.
El equipo también propone que, al contrario del pensamiento actual, se necesitan vientos estelares más fuertes para que los sistemas se desarrollen en Binarios de agujeros negros con masas más superiores a alrededor de 30 veces más del sol.
“Aún más emocionante es que, cuando observamos los agujeros negros binarios que se fusionan en nuestras simulaciones, nuestros nuevos modelos con vientos más fuertes pudieron producir sistemas donde los dos agujeros negros eran masivos”, dijo Shepherd. “Esto es emocionante porque esta es una población que se ha observado con detectores de ondas gravitacionalespero qué modelos anteriores con vientos estándar lucharon por producir “.
Los dos agujeros negros en estos binarios emiten pequeñas ondas en el espacio llamado olas gravitacionales Mientras están en espiral y finalmente se fusionan. Pero los vientos estelares fuertes pueden ser clave para permitir que se desarrolle esta situación.
“Con los vientos estándar más débiles, las dos estrellas se expanden y tienen más probabilidades de fusionarse antes de convertirse en agujeros negros”, explicó Shepherd. “En contraste, los vientos más fuertes pueden separar a las dos estrellas, lo que les permite sobrevivir como un par de agujeros negros que luego pueden entrar y fusionarse en espiral”.
La nueva investigación se centró en un entorno específico, en la gran nube Magellanic, que tiene su propia composición química única. Por lo tanto, dijo Shepherd, el siguiente paso para el equipo será tratar de explicar un puñado de estrellas observadas peculiares.
“Estos resultados aún no son universales, por lo que el siguiente paso natural sería extender este estudio a una variedad de composiciones iniciales diferentes, para modelar diferentes entornos en todo el universo“Pastor concluyó.” Sería muy emocionante ver cuánto cambian las poblaciones de agujeros negros predichos con estas composiciones iniciales diferentes “.
La investigación del equipo está disponible como preimpresión en el repositorio de investigación arxiv.