Zvezda, ki ni eksplodirala: astronomi prvič podrobno ujeli rojstvo črne luknje

Astronomi so prvič z izjemno natančnostjo spremljali zvezdo, ki ob koncu življenja ni eksplodirala kot supernova, temveč se je tiho sesula v črno luknjo. Gre za najpopolnejši opazovalni zapis tovrstnega dogodka doslej, ki znanstvenikom omogoča celovit vpogled v proces nastanka zvezdnih črnih lukenj.

Raziskavo je vodila ekipa z raziskovalnega inštituta Flatiron pri Fundaciji Simons, njeni izsledki pa so bili objavljeni v reviji Science. Z združitvijo več kot desetletja arhivskih podatkov in novih opazovanj so raziskovalci potrdili in izpopolnili teoretične modele, ki pojasnjujejo, kako se nekatere masivne zvezde ob smrti ne raznesejo, temveč izginejo.

„To je šele začetek zgodbe,“ je poudarila glavna avtorica študije Kishalay De. Po njenih besedah bo šibek infrardeči sij, ki obdaja novorojeno črno luknjo, zaznaven še desetletja in bi lahko postal pomembno merilo za prepoznavanje podobnih dogodkov v vesolju.

Izginotje zvezdnega velikana v Andromedi

Zvezda z oznako M31-2014-DS1 se je nahajala v galaksiji Andromeda, približno 2,5 milijona svetlobnih let od Zemlje. Šlo je za eno najsvetlejših zvezd v svojem okolju, dokler se leta 2014 ni začela nenavadno obnašati.

Analiza podatkov Nasinega projekta NEOWISE ter opazovanj z drugih zemeljskih in vesoljskih teleskopov za obdobje med letoma 2005 in 2023 je pokazala jasen vzorec: najprej se je okrepilo infrardeče sevanje, nato pa je zvezda v nekaj letih skoraj povsem izginila v vidnem in bližnjem infrardečem spektru. Danes je zaznavna le še v srednjem infrardečem območju, in še tam le kot bled ostanek.

„Predstavljajte si, da bi zvezda, kot je Betelgeza, nenadoma izginila,“ je ponazorila De. „Točno to se je zgodilo v Andromedi – zvezda je bila nekoč med najsvetlejšimi, nato pa je skoraj ni bilo več.“

Raziskovalci so s primerjavo opazovanj in teoretičnih napovedi ugotovili, da tako izrazito in trajno bledenje predstavlja močan dokaz, da se je jedro zvezde sesulo v črno luknjo, brez klasične eksplozije supernove.

Zakaj ni prišlo do eksplozije

Masivne zvezde običajno umirajo na dva načina. Če udarni val, ki nastane ob sesutju jedra, uspe izriniti zunanje plasti, vidimo supernovo. Če pa ta mehanizem odpove, snov pade nazaj in oblikuje črno luknjo.

V primeru M31-2014-DS1 se to ni zgodilo nenadno. Ključno vlogo je odigrala konvekcija – turbulentno kroženje plina v zunanjih plasteh zvezde. Teoretični modeli, razviti na inštitutu Flatiron, kažejo, da takšno gibanje prepreči, da bi vsa snov takoj padla v črno luknjo.

Del materiala začne krožiti okoli nje, del pa se izvrže navzven. Ta izvržena snov se ohladi in tvori prah, ki zakrije vroče območje okoli črne luknje ter povzroči dolgotrajno infrardeče žarenje.

Počasen, vrtinčast propad

Soavtorica študije Andrea Antoni pojasnjuje, da je hitrost padanja snovi bistveno počasnejša, kot bi pričakovali pri neposredni imploziji. „Ta material ima kotni moment, zato kroži okoli črne luknje. Namesto da bi padel v nekaj mesecih, se proces raztegne čez desetletja,“ je dejala.

Raziskovalci ocenjujejo, da v črno luknjo neposredno pade le približno 1 odstotek zunanje ovojnice zvezde. Preostanek se vrača postopoma, kar pojasnjuje dolgotrajno svetlenje v infrardečem spektru.

Rastoč razred neuspelih supernov

Ekipa je ob tem ponovno analizirala tudi primer zvezde NGC 6946-BH1, ki so jo pred desetletjem uvrstili med kandidate za „neuspelo supernovo“. Nova analiza kaže, da sledi zelo podobnemu vzorcu kot M31-2014-DS1.

„Ti dogodki niso izjeme,“ je poudarila De. „Šele ko jih začnemo obravnavati skupaj, se izriše slika novega razreda zvezdnih smrti, ki smo jih do zdaj večinoma spregledali.“

Takšni primeri po mnenju raziskovalcev odpirajo novo poglavje v razumevanju nastanka črnih lukenj in kažejo, da je tiha smrt masivnih zvezd v vesolju morda precej pogostejša, kot so domnevali doslej.