Масса черных дыр по сравнению с родительской звездой

Общего мнения по этому поводу нет. Различные эволюционные модели дают разные результаты. Факторами (в дополнение к начальной массе звезды), которые влияют на конечную массу черной дыры, будут скорость вращения прародителя, его состав (или металличность), а также то, была ли она в двойной системе или нет, и была ли эта двойная система смог передать массу.

Вращение считается важным, поскольку оно влияет на внутреннее перемешивание и, следовательно, на скорость подачи топлива в активную зону и скорость, с которой обработанный материал попадает на поверхность, влияя на состав атмосферы. Это также может увеличить потерю массы.

Состав важен, потому что потеря массы обусловлена ​​излучением, а радиационная непрозрачность выше для композиций с высокой металличностью.

Набор расчетов Heger et al. (2003) являются одной из канонических работ на эту тему. Ниже приведен график зависимости начальной массы от массы остатка для звезд с исходным содержанием Большого взрыва (нулевая начальная металличность), а затем то же самое снова для звезд солнечной металличности.

Отношение красной линии к пунктирной линии «без потери массы» дает искомую фракцию. У звезд с нулевой металличностью (первичных) она увеличивается от 10-40% для начальных масс 25-100 масс Солнца и, возможно, даже выше для сверхмассивных звезд населения III. (Подчеркиваю, что это теоретические результаты ).

Для звезд солнечной металличности результаты немного другие. Отношение красной линии к пунктирной линии колеблется в пределах 10-25% для 25-40 солнечных масс, но тогда неясно, могут ли черные дыры образовываться даже при еще больших массах из-за гораздо более высоких скоростей потери массы (см. разница между пунктирной линией и синей кривой).

Ваш вопрос касается образования черных дыр звездной массы, которые образуются в результате взрыва сверхновой типа II или типа Ib. Это происходит, когда ядро ​​массивной звезды коллапсирует из-за собственной гравитации, что приводит к быстрому высвобождению энергии в результате ядерных реакций. Это передает огромное количество энергии в виде фотонов и нейтрино остальной части звезды, что в результате взрывает звезду. Эта область ядра либо становится нейтронной звездой, либо, когда масса этой области ядра достаточно высока, коллапсирует прямо в черную дыру. Хотя звезды, способные взорваться через этот канал, в Млечном Пути встречаются редко, т. е. по сравнению со звездами, подобными нашему Солнцу, в результате этого процесса образовались, вероятно, ~миллиарды нейтронных звезд и черных дыр звездной массы.

Звезды, которые взрываются как сверхновые, действительно массивны, их масса как минимум в 8 раз превышает массу Солнца. Те, которые производят черные дыры в центре, еще выше, обычно выше ~ 20 солнечных масс или около того (это число оспаривается ... некоторые аспекты ядерной физики в этих экстремальных условиях неопределенны).

Рисунок 2 этой статьиможет пролить свет (...) на ваш вопрос. В этой статье использовался набор моделей звездной эволюции, чтобы отслеживать, сколько массы было выброшено во время взрыва и сколько массы осталось после взрыва. По горизонтальной оси отложена первоначальная масса звезды (в единицах массы Солнца, например, значение 10 означает 10-кратную массу Солнца), а сплошные кружки обозначают конечную массу оставшегося остатка, т. е. либо нейтронная звезда, либо черная дыра. По вертикальной оси отложена масса остатка. К сожалению, они решили использовать логарифмическое пространство для вертикальной оси, даже несмотря на то, что диапазон составляет только один порядок. Итак, чтобы получить фактическое количество массы, вы должны отменить логарифм по основанию 10. Например, если бы черная точка имела значение 0,3 по вертикальной оси, масса остатка была бы в 10 ^ (0,3) = 2,0 массы Солнца. Значение 0,6 будет в 10^(0,6) = 3,98 массы Солнца и т. д. Они рассмотрели несколько различных механизмов взрыва при больших массах (помните, чем больше становится звезда, все становится более неопределенным), поэтому некоторые горизонтальные значения имеют несколько черных точек. Если вам интересно, более слабые взрывы могут привести к тому, что часть материала упадет обратно на остатки, что приведет к появлению черной точки, расположенной выше на графике.

Несмотря на это, вы можете видеть, что, например, звезда массой 20 солнечных создает остаток массой 10^(0,3)=2 масс Солнца. Звезда массой 30 солнечных может создать остаток, который в 2-4 раза больше массы Солнца. Во всех случаях большая часть первоначальной массы звезды теряется.

Вы также можете взглянуть на сюжеты этой статьи . Эта статья выглядит так, как будто она проделала более тщательную работу. Тем не менее, любая бумага по-прежнему дает вам основную картину.

(Кроме того, рис. 2 относится к звездам с «солнечной металличностью», что означает «звезды, которые вы можете найти в Млечном Пути». сформировался.)