무거운 별의 폭발이 어떻게 무거운 중성자별이나 가벼운 블랙홀을 형성할 수 있는지 보여주는 새로운 연구는 병합되는 중성자별에서 발생하는 중력파를 감지하는 데 있어 가장 어려운 미스터리 중 하나를 해결합니다.
중력파 관측소에서 레이저 간섭계(LIGO)가 장착된 중성자별 병합에서 이러한 파동이 처음 감지된 것은 2017년이었습니다. 그것은 천체 물리학자들의 기대에 크게 부합하는 두 개의 중성자 별의 합병이었습니다. 그러나 2019년의 두 번째 발견은 두 중성자별의 결합으로, 그 결합 질량은 놀라울 정도로 큰 것으로 밝혀졌습니다.
엔리코 라미레즈-루이즈(Enrico Ramirez-Ruiz) 캘리포니아 대학교 산타크루즈 천문학 및 천체물리학 교수는 “중성자별을 펄사로 바꾸지 않고 어떻게 만들 수 있는지 생각해야 하는 것은 너무 충격적이었다”고 말했다.
중성자별이나 블랙홀과 같은 조밀한 천체 물리학 물체는 안정적일 때 일반적으로 보이지 않기 때문에 연구하기 어렵습니다. "이것은 우리가 관찰할 수 있는 것에 대해 편견이 있다는 것을 의미합니다"라고 Ramirez-Ruiz가 설명했습니다. "우리은하에서 이중 중성자별 중 하나가 펄서인 것을 발견했으며 이 펄서의 질량은 거의 모두 동일합니다. 무거운 중성자별은 보이지 않습니다."
가벼운 쌍성과 유사한 속도로 무거운 중성자별이 병합되는 것을 LIGO가 감지한 것은 무거운 중성자별 쌍이 비교적 일반적이어야 한다는 것을 의미합니다. 그렇다면 펄서 개체군에는 왜 나타나지 않습니까?
태양풍 절약 참조 새로운 연구에서 과학자들은 쌍성계의 초신성에 초점을 맞추었습니다. 이 초신성은 두 개의 중성자별 또는 중성자별 하나와 블랙홀로 구성된 "쌍성 콤팩트 물체"를 형성할 수 있습니다.
헬륨 별은 동반 별과의 상호 작용으로 인해 수소 봉투가 제거된 별입니다. 천문학자들은 "우리는 헬륨 별의 진화를 초신성 폭발까지 거슬러 올라가기 위해 상세한 항성 모델을 사용했다"고 말했다. "초신성 출현 시점에 도달하자마자 우리는 유체역학 연구를 수행하며, 그 동안 폭발하는 가스의 진화를 추적하는 데 관심이 있습니다."
중성자별이 있는 쌍성계의 헬륨별은 처음에는 우리 태양보다 10배 더 무겁지만 너무 조밀해서 지름이 태양보다 작습니다. 진화의 마지막 단계는 핵 붕괴가 있는 초신성이며, 핵의 최종 질량에 따라 중성자별이나 블랙홀을 남깁니다.
그 결과 무거운 별이 폭발할 때 별의 외부 층 중 일부가 쌍성에서 빠르게 방출된다는 것을 보여주었습니다. 그러나 내부 레이어의 일부는 버려지지 않고 결국 새로 형성된 조밀한 물체로 다시 떨어집니다.
성장하는 물질의 양은 폭발 에너지에 따라 달라집니다 - 에너지가 높을수록 절약할 수 있는 질량이 적어집니다. "연구원들은 "질량이 10 태양 질량인 우리 별의 경우 폭발 에너지가 낮으면 블랙홀을 형성한다. 에너지가 크면 질량을 덜 보존하고 중성자별을 형성합니다.
이러한 결과는 중력파 사건 GW190425에 의해 발견된 것과 같은 무거운 중성자별 쌍성계의 형성을 설명할 뿐만 아니라 다음과 같은 중성자별과 가벼운 블랙홀의 쌍성계 형성을 예측합니다. GW200115로 알려진 올해의 중력 이벤트 2020에 병합되었습니다.
또 다른 중요한 결론은 그러한 별의 헬륨 핵의 질량은 중성자별과의 상호 작용 특성과 쌍성계의 최종 운명을 결정하는 데 중요하다는 것입니다. 충분히 무거운 헬륨 별은 중성자 별에 질량을 전달하는 것을 피할 수 있습니다. 그러나 덜 무거운 헬륨 별의 질량 전달 과정은 중성자 별을 빠르게 회전하는 펄사로 바꿀 수 있습니다.
과학자들은 "헬륨 핵이 작을 때 팽창하고 질량 전달이 중성자별을 회전시켜 펄서를 생성한다"고 설명했다. “그러나 질량이 큰 헬륨 핵은 더 중력적으로 묶여 있고 팽창하지 않기 때문에 물질 이동이 없습니다. 그리고 그것들이 펄서에서 회전하지 않는다면 우리는 그것들을 볼 수 없습니다."
다시 말해, 우리 은하는 감지되지 않은 쌍성 중성자 별의 인구가 많을 수 있습니다.
이번 연구는 천체물리학 저널 레터(Astrophysical Journal Letters)에 게재됐다.
2021-10-12 05:26:06
작가: Vitalii Babkin