Na naszych oczach powstała czarna dziura. "Gwiazda była i jej nie ma"
Astronomowie po raz pierwszy w historii zaobserwowali na żywo, jak umierająca gwiazda, zamiast eksplodować jako supernowa, zapada się bezpośrednio w czarną dziurę. To brakujący element układanki, który może wywrócić do góry nogami naszą wiedzę o narodzinach tych tajemniczych obiektów.
Zazwyczaj scenariusz śmierci masywnej gwiazdy jest nam dobrze znany, przynajmniej w teorii. Gdy paliwo się kończy, grawitacja wygrywa, następuje gwałtowne zapadnięcie się jądra, a potem spektakularna eksplozja - supernowa, która potrafi przyćmić blaskiem całą galaktykę.
Jednak tym razem wszechświat postanowił zadrwić z podręczników. Zespół naukowców, analizujący dane z ponad dekady obserwacji, potwierdził właśnie, że gwiazda w naszej sąsiedniej galaktyce Andromedy pominęła etap wybuchu i po cichu zmieniła się w czarną dziurę.
To odkrycie, opublikowane na łamach prestiżowego magazynu Science, jest nie tylko sensacją astronomiczną. To pierwszy kompletny zapis obserwacyjny transformacji gwiazdy w czarną dziurę bez towarzyszącej jej supernowej. Kishalay De, główny autor badania z Flatiron Institute, stwierdził nawet, że mamy do czynienia z "początkiem nowej historii w badaniu kosmosu".
Gdzie się podziała ta gwiazda?
Obiekt, o którym mowa, nosi techniczne oznaczenie M31-2014-DS1 i znajduje się około 2,5 mln lat świetlnych od Ziemi. Jeszcze do niedawna była to jedna z najjaśniejszych gwiazd w Galaktyce Andromedy. Zespół badaczy przeanalizował dane z projektu NASA NEOWISE oraz teleskopów naziemnych, obejmujące okres od 2005 do 2023 r. To, co zobaczyli na wykresach dosłownie ich oszołomiło.
W 2014 r. gwiazda zaczęła jaśnieć w podczerwieni, co sugerowało jakąś aktywność. Jednak prawdziwy dramat rozegrał się w 2016 r. W ciągu zaledwie roku jej jasność spadła drastycznie, znacznie poniżej pierwotnego poziomu. W 2023 r. gwiazda w zasadzie zniknęła w świetle widzialnym. Stała się dziesięć tysięcy razy ciemniejsza, a jej obecność zdradza jedynie słaba poświata w średniej podczerwieni.
Kishalay De obrazuje to zjawisko w niezwykle sugestywny sposób: - Wyobraźcie sobie, że Betelgeza, jedna z najjaśniejszych gwiazd na naszym niebie, nagle znika. Wszyscy straciliby głowę. Dokładnie to samo wydarzyło się w Andromedy. Gwiazda była, a teraz po prostu jej nie ma.
Nieudana supernowa
Dla astronomów to zniknięcie jest jak niepodważalny dowód na to, że jądro gwiazdy zapadło się w czarną dziurę. Standardowo, gwiazdy masywniejsze od Słońca (o masie około 10 razy większej) kończą życie, gdy ustaje fuzja jądrowa. Równowaga między ciśnieniem wypychającym materię na zewnątrz a grawitacją ściągającą ją do środka zostaje zachwiana. Grawitacja miażdży jądro, tworząc gwiazdę neutronową.
W typowym scenariuszu temu procesowi towarzyszy emisja neutrin, która generuje potężną falę uderzeniową. To ona rozrywa zewnętrzne warstwy gwiazdy, tworząc supernową. Ale w przypadku M31-2014-DS1 fala uderzeniowa zawiodła. Nie miała wystarczającej mocy, by wypchnąć materię. Zamiast eksplozji, większość gwiezdnego materiału opadła z powrotem na jądro, karmiąc nowo powstałą czarną dziurę. To tak zwana nieudana supernowa.
Choć o istnieniu czarnych dziur wiemy od pół wieku, Kishalay De przyznaje, że wciąż zaledwie drapiemy powierzchnię wiedzy o tym, które gwiazdy kończą w ten sposób i dlaczego tak się dzieje. To odkrycie jest kluczem do zrozumienia, dlaczego niektóre masywne olbrzymy wybuchają, a inne po prostu znikają w mroku.
Więcej na Spider's Web:
Tajemniczy składnik
Najciekawszym elementem tej układanki jest jednak to, co stało się z zewnętrznymi warstwami gwiazdy. Skoro zapadła się w czarną dziurę, dlaczego w ogóle cokolwiek widzimy? Tu do gry wchodzi zjawisko konwekcji, które w tym przypadku okazało się kluczowe dla interpretacji danych. Naukowcy wykorzystali obserwacje M31-2014-DS1, aby na nowo spojrzeć na inny, podobny przypadek (NGC 6946-BH1).
Konwekcja wewnątrz gwiazdy wynika z różnic temperatur, materia w pobliżu jądra jest ekstremalnie gorąca, a na zewnątrz chłodniejsza, co powoduje ciągły ruch gazów. Gdy jądro zaczęło się zapadać, gazy w zewnętrznych warstwach wciąż poruszały się szybko dzięki konwekcji. Modele teoretyczne stworzone przez Flatiron Institute pokazały, że ten ruch zapobiegł natychmiastowemu wpadnięciu całej materii do czarnej dziury.
Zamiast tego, część zewnętrznych warstw została wyrzucona w przestrzeń. Oddalając się od czarnej dziury, materia ta ostygła, tworząc pył. To właśnie ten pył, ogrzewany przez orbitujący wokół czarnej dziury gorący gaz, świeci teraz w podczerwieni.
To pośmiertna poświata gwiazdy, która według badaczy będzie widoczna jeszcze przez dekady. Dzięki czułości instrumentów takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, ten obiekt stanie się poligonem doświadczalnym dla astrofizyków. To rzadka okazja, by badać narodziny czarnej dziury niemal w czasie rzeczywistym.
Główna ilustracja: Ilustracja gwiazdy, która zapadła się, tworząc czarną dziurę. Czarna dziura znajduje się w centrum, niewidoczna. Otacza ją otoczka pyłowa oddalając się od czarnej dziury i gaz przyciągany w jej kierunku. Autor: Keith Miller, Caltech/IPAC – SELab
