Кратко: исход эволюции массивной звезды — нейтронная звезда (НС) или чёрная дыра (ЧД) — определяется прежде всего массой углеродно-кислородного/железного ядра в момент коллапса, а эта ядравая масса задаётся началь­ной массой на ЗВС (ZAMS), металличностью, потерями массы (звёздные ветры, обмен в бинаре) и вращением. Слабый взрыв или большой фолбэк даёт ЧД; сильный взрыв — НС. Ниже — основные параметры и наблюдаемые признаки, которые помогают восстановить предшествующую эволюцию.
1) Главные параметры и физика
- Начальная масса (ZAMS):
- примерно $\sim 8-10M_{\odot }$ — возможны электрон-захватные СN, формирование НС;
- прибл. $\sim 8-25M_{\odot }$ — обычный железосодержащий коллапс → чаще НС (зависит от удара и фолбэка);
- $\sim 25-40M_{\odot }$ — частые фолбэк и прямой коллапс → вероятность ЧД растёт;
- $>40-50M_{\odot }$ (особенно при малой металличности) — высока вероятность прямого образования ЧД.
(Диапазоны приблизительны и сильно зависят от металличности и потерь массы.)
- Металличность $Z$: сильнее металлличность → сильнее радиационно-оптические ветры → больше потерь массы → уменьшается масса ядра и возрастает шанс получить НС. При низком $Z$ ветры слабее, звезда сохраняет массу и чаще даёт ЧД.
- Скорость потерь массы $\dot{M}$: характерно масштабирование для OB/WR‑ветров $\dot{M}\propto Z^{\alpha }$ с $\alpha \sim 0.5-0.85$ (зависит от рецептуры).
- Вращение и магнитные поля: сильное вращение → усиленный смеш и рост ядра, возможность магнитно-вращательного взрыва/GRB; быстрый спин способствует образованию аккреционного диска при коллапсе и длинных гамма‑всплесках.
- Бинарность: стриппинг оболочек (массообмен, общая оболочка) меняет тип СN (Ib/c), снижает массу оболочки, может увеличить или уменьшить ядровую массу, производя как НС, так и ЧД.
- Эксплозивность и фолбэк: решающую роль играет способность ядра "взорваться" — понятие компактности ядра ${\xi }_M=\frac{M/M_{\odot }}{R(M_{\mathrm{bary}}=M)/1000\mathrm{km}}$ (O'Connor & Ott): высокая компактность затрудняет взрыв → больше фолбэка → ЧД.
- Пределы массы НС: наблюд./теор. $M_{\max }^{\mathrm{NS}}\sim 2.0-2.3M_{\odot }$ (TOV); если окончательная масса (прото‑НС + фолбэк) > $M_{\max }^{\mathrm{NS}}$ → образование ЧД.
2) Особые режимы при очень больших массах
- Пульсационная парная нестабильность: при массе гелиевого ядра $\sim 30-64M_{\odot }$ — пульсационные вспышки (массоотдача), затем возможен коллапс в ЧД.
- Парная нестабильность (полное разрушение): гелиевые ядра $\sim 64-133M_{\odot }$ дают pair‑instability SN — полное разрушение, без компактного остатка.
(Числа — ориентировочные и зависят от вращения и $Z$.)
3) Наблюдаемые сигналы и как их интерпретировать
- Тип суперкрут (спектр): II‑P/II‑L/IIb/IIn/Ib/Ic. Наличие/отсутствие водородной оболочки указывает на потерю внешних слоёв (внутренний стриппинг, бинарность, ветры). Ib/c часто связаны с более массивными/стрепнутыми предками, часто приводят к ЧД или быстро вращающимся НС.
- Предвзрывная фотометрия (архивные изображения): прямое обнаружение предка даёт его светимость и массу (через HR‑диаграмму).
- Световой ход (плато, пиковая яркость, длительность): плато II‑P → большая масса водородной оболочки; узкий быстрый световой ход у стрипнутых (Ib/c). Очень яркие/долгие события могут указывать на взаимодействие с богатой CSM или на большой никель‑массовый выброс.
- Небулярные спектры и элементы: линии [O I] $\lambda \lambda 6300,6364$ используются как индикатор массы кислорода → связаны с массой предка; соотношения элементов (O, Si, Ca) и ширина профилей дают массу ядра и асимметрию взрыва.
- Сигналы взаимодействия со средой (узкие линии, сильные радио/X‑излучение): указывают на недавние значительные потери массы или вспышки перед коллапсом (LBV‑подобные выбросы).
- Радио и рентген (скорость ветра, плотность CSM): через параметр $\dot{M}/v_w$ можно оценить массовые потери до взрыва.
- Нейтринный выброс: прямое подтверждение ядерного коллапса и времени формирования протонейтронной звезды (пример — SN 1987A).
- Гравитационные волны (при коллапсе или при последующих слияниях): для одиночного коллапса желательно обнаружение GW маловероятно сейчас; для слияний NS/CHD — даёт точные массы и спины остатка, позволяя вывести массу предка и историю.
- Массы компактных объектов (X‑бинарии, LIGO/Virgo): распределение масс ЧД/НС даёт статистику о том, какие исходы доминировали при разных $Z$ и в бинарных системах.
- Пульсары: период вращения, магнитное поле, кинематическая скорость (натальные кики) отражают механизм взрыва и массу фолбэка.
- Остатки сверхновых и их химия: карта распределения элементов в остатке и сравнение с моделями нуклеосинтеза помогает вернуть массу предшественника и энергию взрыва.
- «Неудавшиеся» СN (failed SNe): исчезновение яркого гиганта без классического светового взрыва или очень слабый всплеск — признак прямого коллапса в ЧД (исследуют мониторингом nearby галактик).
4) Как комбинируют данные
- Сопоставляют тип СN + световой ход + спектры + предвзрывную фотометрию + радио/X‑данные + остатки/пульсар/компактную массу. Это даёт консистентную картину: первоначальная масса, потеря оболочек, взрывная энергия и наличие/масса фолбэка.
- Статистические выборки (SN в разных металличностях, массовые распределения ЧД из GW) помогают связать $Z$, $\dot{M}$ и вероятность образования ЧД/НС.
Краткое резюме в формуле:
- коллапс → НС, если окончательная масса ядра и фолбэк $\lesssim M_{\max }^{\mathrm{NS}}\sim 2.0-2.3M_{\odot }$;
- коллапс → ЧД, если окончательная масса $>M_{\max }^{\mathrm{NS}}$ или при прямом коллапсе большого ядра (высокая компактность ${\xi }_M$).
Если нужно, могу привести компактную таблицу порогов $M_{\mathrm{ZAMS}}$ и соответствующих наблюдаемых признаков для разных металличностей.