Crna rupa veličine asteroida mogla bi uništiti zvijezdu iznutra

Ako su primordijalne crne rupe stvarne, neke od njih mogle bi biti dovoljno male da ih zvijezda proguta. Novo teorijsko istraživanje pokazuje da takav susret ne bi bio bezazlen: crna rupa bi mogla potonuti prema jezgri zvijezde, hraniti se njezinim materijalom i na kraju je uništiti eksplozivno ili gotovo neprimjetno.

Primordijalne crne rupe pripadaju skupini najzanimljivijih, ali još nepotvrđenih ideja u modernoj kozmologiji. Za razliku od poznatih crnih rupa koje nastaju urušavanjem masivnih zvijezda, one bi se oblikovale u najranijim trenucima svemira, kada su se iznimno guste nakupine tvari mogle izravno urušiti pod vlastitom gravitacijom.

Zbog toga ih fizičari već dugo povezuju s tamnom tvari. Ne zna se postoje li doista, niti bi li mogle činiti sav ili samo dio tog nevidljivog sastojka svemira. No ako postoje u određenom rasponu masa, od asteroida do tijela manjih od Mjeseca, mogle bi prolaziti kroz zvjezdane sustave mnogo češće nego crne rupe nastale od zvijezda.

Upravo taj scenarij razmatraju Ore Gottlieb s MIT-a i njegovi suradnici. Njihov znanstveni rad nudi prvi širi okvir za pitanje koje zvuči gotovo nemoguće: što se dogodi zvijezdi koja u sebi zarobi malu crnu rupu?

Zvijezda je najčešće ne bi uhvatila sama

Prvi zaključak istraživanja važan je jer uklanja najjednostavniju sliku. Primordijalna crna rupa ne bi tek proletjela kroz zvijezdu i ostala zarobljena u jednom prolazu. Autori procjenjuju da je takav događaj iznimno rijedak.

Mnogo izgledniji scenarij uključuje treće tijelo u sustavu. To može biti planet ili drugi pratilac čija gravitacija mijenja putanju primordijalne crne rupe. Umjesto kratkog prolaska kroz zvijezdu, crna rupa tada može završiti na vezanoj putanji koja je iznova vodi kroz zvjezdani materijal.

Svaki takav prolazak oduzima joj dio energije. Putanja se postupno sužava, a crna rupa sve dublje tone prema unutrašnjosti zvijezde. Nakon dovoljno vremena završava ondje gdje njezin utjecaj postaje presudan: u blizini zvjezdane jezgre.

Tada nastaje objekt koji autori nazivaju Hawkingovom zvijezdom, odnosno zvijezdom s primordijalnom crnom rupom u unutrašnjosti. Naziv zvuči neobično, ali ideja je jasna. Zvijezda izvana još može izgledati kao zvijezda, dok se u njezinu središtu odvija proces koji mijenja njezinu sudbinu.

Sudbinu zvijezde određuje disk oko crne rupe

Kada primordijalna crna rupa dospije u središte zvijezde, počinje privlačiti okolni materijal. Ključno pitanje nije samo koliko brzo raste, već oblikuje li se oko nje akrecijski disk.

Ako se disk oblikuje, sustav prelazi granicu nakon koje povratka više nema. Materijal se u disku zagrijava, ubrzava i počinje stvarati snažne izbačaje. Prema modelu, vjetrovi iz diska i relativistički mlazovi mogu iznutra razoriti zvijezdu u samo nekoliko minuta.

Takav događaj ne bi bio obična supernova. Ne bi nastao urušavanjem jezgre masivne zvijezde, ne bi imao istu vremensku skalu i ne bi pokazivao dugotrajan radioaktivni rep sjaja koji se povezuje s klasičnim eksplozijama masivnih zvijezda.

Umjesto toga, astronomi bi mogli vidjeti kratak i neobičan niz signala. Najprije bljesak u X-zrakama, zatim brzo hlađenje u ultraljubičastom i plavom dijelu spektra, koje bi moglo trajati do približno jednog dana. Ako mlaz probije vanjske slojeve zvijezde, mogao bi nastati signal nalik slabijem izboju gama-zračenja, u trajanju od oko jedne minute. Nakon toga slijedio bi naknadni sjaj nastao sinkrotronskim zračenjem.

Neke zvijezde nestale bi bez velike eksplozije

Postoji i tiši kraj.

Ako se oko crne rupe ne razviju dovoljno snažni vjetrovi i mlazovi koji bi razorili zvijezdu, primordijalna crna rupa može nastaviti rasti na račun zvjezdanog materijala, ali bez dramatične eksplozije. Zvijezda bi se tada mijenjala iznutra. Njezin sjaj, životni vijek i unutarnja građa više ne bi slijedili uobičajen razvoj, ali takav bi završetak mogao proći bez snažnog svjetlosnog signala.

Ishod bi ipak ostavio trag. U eksplozivnom scenariju iza zvijezde bi mogla ostati crna rupa male mase i vrlo brze rotacije. U tišem scenariju nastao bi ostatak čija bi masa bila usporediva s velikim dijelom zvijezde čiji je materijal završio u crnoj rupi.

Takvi ostaci mogli bi astronomima ponuditi nov način potrage za primordijalnim crnim rupama. Ako buduće opservacije gravitacijskih valova otkriju dvojni sustav s crnom rupom manjom od Sunca, ili s masom koju je teško objasniti uobičajenim razvojem zvijezda, takav nalaz bio bi ozbiljan znak da je riječ o drukčijem putu nastanka crnih rupa.

Autori pritom ne nude konačan odgovor. Njihov rad više služi kao okvir za daljnja istraživanja, jer ključni dijelovi procesa još nisu dovoljno jasni: od načina na koji bi zvijezda zarobila primordijalnu crnu rupu, preko njezina usporavanja u zvjezdanoj unutrašnjosti, do stvaranja diska i mlazova koji bi mogli razoriti zvijezdu iznutra.

Za promatranja bi presudno moglo biti koliko se često ta dva završetka pojavljuju. Dio takvih zvijezda mogao bi eksplodirati kratko i neobično, dok bi druge mogle nestati mnogo tiše. Omjer tih ishoda ovisio bi o masi zvijezde, masi primordijalne crne rupe, trenutku zarobljavanja i građi sustava u kojem se susret dogodio. Ako primordijalne crne rupe postoje, njihov trag možda bi se mogao pronaći u zvjezdanim smrtima koje ne nalikuju ničemu što se uklapa u standardnu sliku razvoja zvijezda.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.