Исходом гибели массивной звезды может стать как яркая сверхновая, так и прямое образование чёрной дыры. Разница определяется тем, успевает ли сжимающееся ядро отскочить после коллапса и вызвать взрыв. Новое исследование указывает, что важную роль в этом процессе способны играть нейтрино и изменение их типа.
Когда в звезде заканчивается водород и другие лёгкие элементы, она начинает последовательно синтезировать более тяжёлые вещества. На определённом этапе такие реакции перестают выделять энергию и, наоборот, начинают забирать её из ядра. Ядро быстро сжимается, затем отскакивает, а взрыв разрывает звезду и на короткое время делает её ярче целой галактики.
Однако некоторые массивные звёзды коллапсируют настолько быстро и плотно, что их ядро сразу превращается в чёрную дыру. Учёные связывают возможную причину различий с «ароматом» нейтрино — одним из их свойств. Нейтрино бывают электронными, мюонными и тау-нейтрино; ранее физики считали их безмассовыми, но позднее выяснилось, что у этих частиц есть очень малая масса и они способны переходить из одного типа в другой.
При коллапсе звёздного ядра образуется огромное количество нейтрино. Эти частицы слабо взаимодействуют с веществом, поэтому большая их часть почти беспрепятственно покидает ядро, а резкий всплеск нейтрино может служить признаком приближающегося взрыва. Авторы работы, опубликованной в Physical Review D, предположили, что переходы между типами нейтрино способны влиять на массу сжимающегося ядра и тем самым менять конечный результат.
Для расчётов исследователи использовали упрощённую модель, в которой задавали разные уровни изменения типа нейтрино. Они смоделировали коллапс 195 звёзд-предшественников с массами от 9 до 120 масс Солнца и для каждой проверили несколько вариантов таких переходов. Даже небольшое изменение нейтринного типа иногда меняло исход: наиболее заметным эффект оказался для звёзд массой от 16 до 30 масс Солнца, которые в большинстве случаев напрямую превращались в чёрные дыры.
Звёзды меньшей и большей массы обычно завершали жизнь взрывом сверхновой, если только переходы нейтрино не были особенно сильными. Результат может помочь объяснить, почему наблюдаемых сверхновых меньше, чем ожидается с учётом темпов звездообразования в галактиках. Проверить роль нейтрино учёные рассчитывают с помощью наблюдений за звёздами-предшественниками до взрыва и в период перехода к нему, который станет доступнее благодаря крупным обзорам неба.