Po raz pierwszy astronomowie bezpośrednio zaobserwowali zapadnięcie się masywnej gwiazdy w czarną dziurę bez eksplozji supernowej. Jest to zjawisko od dawna hipotetyczne, obecnie potwierdzone przez zarchiwizowane dane z misji NEOWISE NASA i późniejsze obserwacje. Odkrycie podważa wcześniejsze założenia o nieuniknionej wybuchowej śmierci nadolbrzymów i dostarcza ważnych wskazówek na temat powstawania czarnych dziur.
Znikająca gwiazda: M31-2014-DS1
Gwiazda oznaczona jako M31-2014-DS1 znajdowała się w pobliskiej Galaktyce Andromedy. W latach 2017–2022 uległo ostremu i trwałemu przyciemnieniu, przyciemniając się 10 000 razy w świetle widzialnym i 10 razy w przypadku całkowitej emisji. W przeciwieństwie do typowych supernowych, które jasno rozbłyskują, a następnie blakną, gwiazda ta po prostu zniknęła z pola widzenia. Późniejsze obserwacje za pomocą Hubble’a i obserwatoriów naziemnych ujawniły jedynie słabą, czerwonawą resztkową poświatę, mocno spowitą pyłem – upiorne echo jej dawnej świetności.
To ważne, ponieważ sugeruje, że nie wszystkie masywne gwiazdy kończą swoje życie spektakularnymi eksplozjami. Zamiast tego niektóre z nich zapadają się prosto w czarne dziury – jest to proces, który był już wcześniej teoretyczny, ale rzadko obserwowany.
Nieudane supernowe i rola konwekcji
Zespół badawczy kierowany przez Kishalaya De z Uniwersytetu Columbia zidentyfikował inną gwiazdę, NGC 6946-BH1, wykazującą podobny wzór. Doprowadziło to do kluczowego spostrzeżenia: zewnętrzne warstwy gwiazdy nie opadały natychmiast do wewnątrz. Zamiast tego konwekcja – ruch gorących i zimnych gazów wewnątrz gwiazdy – odegrała kluczową rolę.
Zapadnięcie się jądra nie spowodowało wybuchu supernowej, ponieważ wewnętrzna konwekcja gwiazdy zapobiegła natychmiastowemu zapadnięciu się zewnętrznych warstw. Szybko poruszające się gazy utworzyły wirujący dysk wokół rodzącej się czarnej dziury, powoli akreując materię przez dziesięciolecia, a nie miesiące. Proces ten powoduje zauważalne wzmocnienie podczerwieni w wyniku tworzenia się pyłu, który pozostaje widoczny długo po zniknięciu gwiazdy.
Implikacje dla powstawania czarnych dziur
Odkrycie to ma szersze implikacje dla zrozumienia ewolucji gwiazd i demografii czarnych dziur. Dane pokazują, że los masywnych gwiazd nie jest z góry przesądzony. Gwiazdy o podobnej masie mogą eksplodować jako supernowe lub zapadać się bezpośrednio w czarne dziury, w zależności od złożonej dynamiki wewnętrznej obejmującej grawitację, ciśnienie gazu i fale uderzeniowe.
„Ostry i trwały rozpad tej gwiazdy jest bardzo niezwykły i sugeruje, że nie doszło do supernowej, która spowodowała zapadnięcie się jądra gwiazdy bezpośrednio do czarnej dziury” – powiedział dr De. Wolniejsze tempo akrecji spowodowane przez materię konwekcyjną oznacza również, że powstałe czarne dziury mogą być wykrywalne przez dłuższy czas, niż wcześniej sądzono.
Wyniki opublikowane w czasopiśmie Science stanowią przełomowy krok naprzód w naszej wiedzy na temat powstawania czarnych dziur. Bezpośrednia obserwacja tego procesu pozwala astronomom udoskonalić swoje modele i lepiej przewidywać populację czarnych dziur o masach gwiazdowych w galaktykach innych niż nasza.
Badanie podkreśla, że Wszechświat jest znacznie bardziej złożony niż kiedykolwiek sądzono – nawet śmierć gwiazd może przeciwstawić się oczekiwaniom.
