METISSE предлагает новое понимание жизни массивных звезд

Массивные звезды — это те, которые примерно в 10 раз больше массы Солнца, и рождаются гораздо реже, чем их более легкие аналоги. Однако они вносят наибольший вклад в эволюцию звездных скоплений и галактик. Массивные звезды являются предшественниками многих ярких и энергичных явлений во Вселенной, включая обогащение своего окружения взрывами сверхновых и изменение динамики их систем.

Лучшим инструментом для изучения массивных звезд являются подробные коды звездной эволюции: компьютерные программы, которые рассчитывают как внутреннюю структуру, так и эволюцию этих звезд.

К сожалению, они требуют больших вычислительных ресурсов и времени — вычисление эволюции только одной звезды может занять множество часов. По этой причине нецелесообразно использовать их для моделирования звезд в сложных системах, таких как шаровые звездные скопления, которые могут содержать миллионы взаимодействующих звезд.

Чтобы решить эту проблему, группа ученых во главе с Центром передового опыта ARC по открытию гравитационных волн (OzGrav) разработала программу звездной эволюции под названием METhod of Interpolation for Single Star Evolution (METISSE). Интерполяция — это метод оценки количества на основе близких значений, например, оценка размера звезды на основе размеров звезд с аналогичными массами. С помощью интерполяции METISSE быстро вычисляет свойства звезды в любой момент, используя выбранные звездные модели, рассчитанные с помощью подробных кодов звездной эволюции.

METISSE с молниеносной скоростью может просчитать эволюцию до 10 000 звезд менее чем за три минуты. Что наиболее важно, она может использовать наборы звездных моделей для предсказания свойств звезд — это чрезвычайно важно для массивных звезд.

Массивные звезды встречаются редко, а их сложная и короткая жизнь затрудняет расчет их свойств. Следовательно, подробные коды звездной эволюции часто должны делать предположения при вычислении эволюции этих звезд. Различия в допущениях, используемых различными кодами звездной эволюции, могут существенно повлиять на их прогнозы о жизни и свойствах массивных звезд.

В своем недавно опубликованном исследовании ученые OzGrav использовали METISSE с двумя наборами современных звездных моделей: один был рассчитан Модулями для экспериментов в звездной астрофизике (MESA), а другой — Боннским эволюционным кодом (BEC).

Пуджан Агравал, исследователь OzGrav и ведущий автор работы, объясняет: «Мы интерполировали звезды, масса которых от 9 до 100 раз превышала массу Солнца, и сравнили предсказания относительно окончательной судьбы этих звезд. Для самых массивных звезд в нашем наборе мы обнаружили, что массы звездных остатков (нейтронных звезд или черных дыр) могут варьироваться в 20 раз больше массы нашего Солнца».

Когда звездные остатки соединяются, они создают гравитационные волны — рябь в пространстве и времени, — которые ученые могут обнаружить. Таким образом, результаты этого исследования окажут огромное влияние на будущие прогнозы гравитационно-волновой астрономии.

METISSE — это только первый шаг в раскрытии роли массивных звезд в звездных системах, таких как звездные скопления, и уже сейчас результаты очень впечатляющие.

Poojan Agrawal et al. The fates of massive stars: exploring uncertainties in stellar evolution with metisse, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2020). DOI: 10.1093/mnras/staa2264