Слабо вращающиеся древние звезды могут рождать тяжёлые быстрые чёрные дыры

Авторы взяли очень древние звёзды без тяжёлых элементов и проследили их жизнь с самого начала до конца с помощью компьютерной модели. Причём они специально сравнили два варианта: звёзды, которые почти не крутились, и звёзды с очень слабым вращением. Это важно, потому что даже небольшой «закрут» может поменять, как внутри перемешиваются вещество и угловой момент, а значит — и то, во что звезда в итоге превратится.

Проблема тут в том, что происхождение очень массивных чёрных дыр в ранней Вселенной до конца не понятно. Обычно мешает так называемая нестабильность из-за пар электрон–позитрон: звезда может начать вести себя так, что вместо тихого схлопывания устроит мощный взрыв. Поэтому авторы проверили, при какой массе и внутреннем строении звезда ещё удерживается от такого сценария. Для этого они смотрели не только на массу ядра из углерода и кислорода, но и на показатель, который говорит, насколько звезда устойчива к такому провалу равновесия.

Самый интересный результат: модели с массами 80 и 85 масс Солнца остались достаточно устойчивыми и не вошли в опасную зону. По расчётам, они должны почти целиком схлопнуться сразу в чёрные дыры массой примерно 80–85 масс Солнца. При этом из-за остаточного вращения такие чёрные дыры могут получиться ещё и быстро вращающимися — со спином до примерно 0,7. А вот для звезды в 90 масс Солнца картина уже ближе к пограничной, то есть здесь исход заметно чувствительнее к деталям модели.

Ещё один важный вывод — граница между звёздами, которые взрываются, и звёздами, которые сразу схлопываются, выглядит не как жёсткая линия, а как плавный переход, зависящий от внутренней структуры. Именно поэтому такие звёзды-кандидаты могут быть одним из путей к появлению тяжёлых быстро вращающихся чёрных дыр, которые сегодня видят по гравитационным волнам.