Столкновение двух огромных звезд с массами, превышающими солнечную в 200-300 раз, могут стать одними из самых зрелищных событий во Вселенной. Скорее всего, но нам, к сожалению, почти наверняка не придется убедиться в этом. Сотрудники Астрономической обсерватории Варшавского университета установили, что первое такое столкновение случится через несколько миллиардов лет. Впрочем, везде есть место ошибке и улучшению наших знаний о космосе, ведь очень долго считалось, что звезды не могут быть тяжелее, чем 150 Солнц. Лишь три года назад в Магеллановом облаке были открыты звездные скопления, в которых обитают гиганты среди звезд. Светила в этих скоплениях могут достигать 300 масс Солнца и запросто превосходят его в 200 раз.

Это открытие породило огромный интерес к звездам-гигантам среди охотников за гравитационными волнами, одного из передовых направлений астрофизики. Если две гигантские звезды рождаются в тесной двойной системе, то со временем они сами или хотя бы их останки столкнутся. Гравитационные волны, которые при этом предсказываются теорией, могут быть обнаружены современными детекторами, пока что не принесшими результата. При этом интенсивность волн должна быть намного больше, чем при столкновениях черных дыр звездной массы. «К сожалению, нам не приходится рассчитывать на такое столкновение», – говорит сотрудник Университета Кшиштов Бельчински.

Звезды с большими массами могут закончить жизнь согласно одному из двух сценариев. Либо большая часть материала оказывается выброшенной в космос, либо они сжимаются под собственным весом, образуя черную дыру. Полученные в этом году результаты численного моделирования Норшализы Юсофа, сотрудника Университета Куалы Лумпур, показывают, что черную дыру может образовать и сверхмассивная звезда. Выходит, во Вселенной может родиться двойная система, массой превышающая Солнце в 600 раз, обе звезды которой, умерев, создадут двойную систему черных дыр с массой, превышающей типичную массу небольшой дыры.

Объекты, составляющие двойную систему, со временем теряют свою энергию. Из-за этого их орбиты относительно общего центра масс постепенно снижаются. Если изначально система была небольшой, то в течение миллиардов лет есть шанс на столкновение объектов. Если в системе находятся черные дыры или хотя бы нейтронные звезды, то столкновение сопровождается мощным гамма-излучением и должно сопровождаться гравитационными волнами. Их, правда, до сих пор наблюдать не удалось, чего не скажешь об электромагнитных волнах, рождаемых ударом. Современные детекторы гравитационных волн имеют малую чувствительность и способны зарегистрировать гравитационные волны, если они родились при столкновении черных дыр звездной массы очень близко к нам – в локальной группе галактик. Столкновение сверхмассивных звезд или дыр аналогичной массы должно быть доступно нам на много больших расстояниях.

Проблема заключается в том, что компоненты типичных двойных систем огромных звезд рождаются далеко друг от друга. Для звезд с массами в 50-100 солнечных расстояние между ними при рождении составляет несколько сотен или даже тысяч солнечных радиусов. Ближе две огромные звезды родиться не могут, так как в этом случае плотность материи для двух протозвезд станет столь высокой, что вместо пары родится одна крупная звезда. Выходит, для столкновения двух крупных звезд в двойной системе необходим дополнительный способ потери энергии и уменьшения большой полуоси орбит. Например, одна из звезд может оказаться быстро вращающейся. Тогда ее атмосфера сильно расшириться, и вторая звезда окажется внутри нее. Тогда при ее движении возникнет дополнительное трение, идеальный способ понижения орбиты.

 «В двойной системе сверхмассивных звезд ситуация меняется, – говорит Бельчински. – Мы знаем, что такие гиганты рождаются еще дальше друг от друга. Мы также знаем, что они никогда не расширяются до тех же размеров. Выходит, не существует известного нам механизма потери энергии». Впрочем, некоторый вклад в потерю энергии вносят все те же гравитационные волны. Их излучение уносит часть энергии, но этот эффект слишком слаб как для понижения орбиты за разумное время, так как и для его регистрации. Потеря энергии в обычном режиме займет очень много времени, до сотен миллиардов лет. К этому времени звезды, конечно, умрут, и их места займут черные дыры. Тогда, возможно, поглощение ими проходящей мимо материи ускорит процесс и в то же время сделает столкновение более мощным. Если же с этим не повезет, то до столкновения и выброса гравитационных волн пройдет в десятки раз больше времени, чем уже прошло со времен Большого взрыва. Возможно, двум черным дырам, родившимся от сверхмассивных звезд, так и не удастся столкнуться, так как Вселенная так или иначе умрет.