Астрономи први пут посматрали невјероватну трансформацију звијезде у црну рупу

Комбинујући недавна посматрања звијезде са више од деценије архивских података, астрономи су потврдили и усавршили теоријске моделе о томе како се такве масивне звијезде претварају у црне рупе. Тим астронома је открио да звијезда на крају свог живота није експлодирала као супернова; умјесто тога, језгро звијезде се урушило у црну рупу, полако избацујући своје турбулентне спољашње слојеве током тог процеса, преноси ЕурекАлерт.

Риједак увид у мистериозно порекло црних рупа

Резултати, објављени у журналу Сајенс, већ изазивају узбуђење као риједак увид у мистериозно порекло црних рупа. Ово откриће ће помоћи да се објасни зашто се неке масивне звијезде претварају у црне рупе када умру, док друге то не чине.

„Ово је само почетак приче“, каже Кишалај Де, сарадник истраживач на Флатирон институту Фондације Симонс и водећи аутор нове студије.

Светлост са прашњавих остатака који окружују новорођену црну рупу, додао је он, „биће видљива деценијама на нивоу осјетљивости телескопа као што је Џејмс Веб, јер ће наставити да бледи веома полако. И ово би на крају могло постати мјерило за разумевање како звездане црне рупе настају у универзуму.

Наука и технологија

Научници нашли „Ахилову пету“ Гренланда

Сада угашена звијезда, названа М31-2014-ДС1, налази се на око 2,5 милиона свјетлосних година од Земље у суседној галаксији Андромеда. Де и његови сарадници анализирали су мјерења звијезде са пројекта Ниовајз агенције НАСА и других земаљских и свемирских телескопа у периоду од 2005. до 2023. године. Открили су да је инфрацрвена свјетлост звијезде М31-2014-ДС1 почела да се појачава 2014. године. Затим се 2016. звијезда нагло пригушила, спустивши се далеко испод свог првобитног сјаја за једва годину дана.

Ни трага од некада најсјајније звијезде у галаксији Андромеда

Посматрања у 2022. и 2023. години показала су да је звијезда практично нестала у видљивој и блиској инфрацрвеној свјетлости, постајући десет хиљада пута слабија на овим таласним дужинама. Њени остаци су сада детектабилни само у средњој инфрацрвеној свјетлости, гдје сијају тек десетином ранијег интензитета.

„Ова звијезда је некада била једна од најсјајнијих звијезда у галаксији Андромеда, а сада јој нема ни трага. Замислите да звијезда Бетелгез одједном нестане. Сви би полудјели! Иста ствар се дешавала са овом звијездом у галаксији Андромеда“, рекао је Де.

Поредећи ова посматрања са теоријским предвиђањима, истраживачи су закључили да драматично блеђење звијезде на тако мали дјелић њене првобитне укупне свјетлости пружа снажан доказ да се њено језгро урушило и постало црна рупа.

Здравље

Масноћа коју не можете да видите можда смањује ваш мозак

Звијезде у својим језгрима претварају водоник у хелијум, а тај процес ствара спољашњи притисак који уравнотежује непрестано унутрашње привлачење гравитације. Када масивна звијезда, отприлике 10 или више пута тежа од нашег Сунца, почне да остаје без горива, равнотежа између унутрашњих и спољашњих сила се нарушава. Гравитација почиње да урушава звијезду, а њено језгро прво подлеже притиску, формирајући густу неутронску звијезду у центру.

Ово је тек почетак

Често емисија неутрина у овом процесу ствара моћан ударни талас који је довољно експлозиван да разнесе већи дио језгра и спољашњих слојева у супернови. Међутим, ако ударни талас покретан неутринима не успије да потисне звјездани материјал напоље, теорија већ дуго сугерише да би се већина звезданог материјала умјесто тога срушила назад у неутронску звијезду, формирајући црну рупу.

„Већ скоро 50 година знамо да црне рупе постоје. Ипак, тек смо на самом почетку разумијевања тога које се звијезде претварају у црне рупе и како то чине“, рекао је Де.

Посматрања и анализа звијезде М31-2014-ДС1 омогућили су тиму да реинтерпретира посматрања сличне звијезде, НГЦ 6946-БХ1. То је довело до важног продора у разумијевању онога што се догодило са спољашњим слојевима који су обавијали звијезду након што није постала супернова и урушила се у црну рупу. Елемент који је превиђен? Конвекција.

Конвекција је нуспроизвод огромних температурних разлика унутар звијезде. Материјал близу центра звијезде је екстремно врео, док су спољашњи региони много хладнији. Ова разлика узрокује кретање гасова унутар звијезде из топлијих у хладније регионе.

Шта када се језгро звезде уруши

Када се језгро звијезде уруши, гас у њеним спољашњим слојевима се и даље брзо креће усљед ове конвекције. Теоријски модели које су развили астрономи на Флатирон институту показали су да то спријечава већину спољашњих слојева да падну директно унутра; умјесто тога, најдубљи слојеви орбитирају око црне рупе и подстичу избацивање најудаљенијих слојева конвективног региона.

Избачени материјал се хлади како се удаљава од вреле материје око црне рупе. Овај охлађени материјал лако формира прашину док се атоми и молекули спајају. Прашина заклања врели гас који кружи око црне рупе, загревајући се и стварајући уочљиво појачање сјаја на инфрацрвеним таласним дужинама. Овај дуготрајни црвени сјај видљив је деценијама након што сама звијезда нестане.

Коауторка и истраживачица на Флатирону, Андреа Антони, претходно је развила теоријска предвиђања за ове моделе конвекције. Са упечатљивим доказима из посматрања М31-2014-ДС1, она каже:

„Стопа акреције, брзина падања материјала унутра, много је спорија него да је звијезда директно имплодирала. Овај конвективни материјал има угаони момент, па кружи око црне рупе. Умјесто да му мјесеци или година буду потребни да упадне, то траје деценијама. Због свега тога, он постаје свјетлији извор него што би иначе био, а ми примјећујемо дуго кашњење у гашењу првобитне звијезде“.

Наука и технологија

Потпуно нестала највећа група сунчевих пјега

Слично води која се врти око одвода у кади умјесто да тече право наниже, гас у покрету око ове новонастале црне рупе наставља своју хаотичну орбиту чак и док се полако увлачи унутра. На тај начин, заустављено упадање узроковано конвекцијом спрјечава цијелу звијезду да се уруши директно у новорођену црну рупу. Умјесто тога, истраживачи сугеришу да чак и након што језгро брзо имплодира, дио одлазећег материјала полако пада назад током много деценија.

Истраживачи процењују да само око један одсто гаса првобитног звјезданог омотача падне у црну рупу, напајајући свјетлост која данас из ње исијава.

Анализирајући посматрања М31-2014-ДС1, Де и његов тим су такође поново проценили сличну звијезду, НГЦ 6946-БХ1, категорисану пре 10 година. У новом раду они износе упечатљиве доказе који објашњавају зашто је ова звијезда пратила сличан образац. М31-2014-ДС1 се првобитно издвајала као „чудак“, додаје Де, али се сада чини да је она само један члан класе објеката - укључујући и НГЦ 6946-БХ1.

„Само уз ове појединачне драгуље открића почињемо да склапамо овакву слику“, објаснио је Де.