kozmos.hr
Svemir

Jesmo li napokon uočili rođenje jedne crne rupe

objavljeno

Tim znanstvenika smatra da su uspjeli detektirati tragove koji svjedoče o rođenju crne rupe i koji pomažu rasvijetliti jedan od najvećih misterija Svemira.

‘Rođenje’ crnih rupa

U posljednjih nekoliko godina konačno smo snimili prve fotografije crnih rupa i izmjerili gravitacijske valove – valove u prostor-vremenu – koje stvaraju prilikom sudara. Međutim, još uvijek puno toga ne znamo o crnim rupama. Jedna od najvećih enigmi je kako se uopće formiraju.

Astronomi vjeruju, i na temelju promatranja i na teoretskim osnovama, da većina crnih rupa nastaje kada središte masivne zvijezde kolabira na kraju svog života. Jezgra zvijezde obično pruža pritisak ili potporu, koristeći toplinu iz intenzivnih nuklearnih reakcija. Kada se gorivo takve zvijezde iscrpi i nuklearne reakcije prestanu, unutarnji slojevi zvijezde kolabiraju prema unutra pod gravitacijom, drobeći se do izvanredne gustoće.

Prva snimka crne rupe (©Event Horizon Telesope et al).

U većini slučajeva ovaj katastrofalni kolaps zaustavlja se kada jezgra zvijezde kondenzira u čvrstu sferu materije, bogatu česticama zvanim neutroni. To dovodi do snažne povratne eksplozije koja uništava zvijezdu (supernova) i ostavlja za sobom egzotični objekt poznat kao neutronska zvijezda.

Modeli umirućih zvijezda koje smo razvili pokazuju da ako je izvorna zvijezda dovoljno masivna (40-50 puta veća od mase Sunca), kolaps će se jednostavno nastaviti nesmanjenim intenzitetom sve dok se zvijezda ne smrvi u gravitacijsku singularnost – crnu rupu.

Teorije o eksploziji

Dok se zvijezde koje kolabiraju u neutronske zvijezde sada rutinski promatraju u cijelom svemiru (istraživanja supernova svake noći pronalaze desetke novih), astronomi još nisu posve sigurni što se događa tijekom kolapsa u crnu rupu. Neki pesimistični modeli sugeriraju da bi cijela zvijezda bila progutana bez mnogo traga. Drugi predlažu da bi kolaps u crnu rupu proizveo neku drugu vrstu eksplozije.

Na primjer, ako se zvijezda rotira u trenutku kolapsa, dio materijala koji pada može se usredotočiti u mlazove koji izlaze iz zvijezde velikom brzinom. Iako ovi mlazovi ne bi sadržavali veliku masu, imali bi veliki udarac: ako bi udarili u nešto, učinci bi mogli biti prilično dramatični u smislu oslobođene energije.

Do sada je najbolji kandidat za eksploziju od rođenja crne rupe bio čudan fenomen poznat kao dugotrajni izljevi gama zraka. Prvi put otkriven je 1960-ih kada su ga snimili vojni sateliti, a pretpostavlja se da su ovi događaji rezultat mlaznica koje su novonastale crne rupe u zvijezdama u kolapsu ubrzale do zapanjujućih brzina. Međutim, dugogodišnji problem s ovim scenarijem je taj što rafali gama zraka također izbacuju obilne radioaktivne krhotine koje nastavljaju sjati mjesecima. To sugerira da je većina zvijezde eksplodirala prema van u svemir (kao u običnoj supernovi), umjesto da se srušila unutra u crnu rupu.

Iako to ne znači da se crna rupa nije mogla formirati u takvoj eksploziji, neki su zaključili da drugi modeli daju prirodnije objašnjenje za izbijanje gama zraka nego nastanak crne rupe. Primjerice super-magnetizirana neutronska zvijezda mogla bi se formirati u takvoj eksploziji i proizvesti vlastite snažne mlazove.

Nova teorija rješava misterij?

Tim znanstvenika nedavno je otkrili novog i – po njihovom mišljenju – mnogo boljeg kandidat koji objašnjava stvaranje crne rupe. U dva odvojena navrata u protekle tri godine – jednom 2019. i jednom 2021. – svjedočili su iznimno brzoj i prolaznoj vrsti eksplozije koja je, slično kao u eksplozijama gama-zraka, nastao od male količine materijala koji se kreće vrlo brzo i udara u plin u svom neposrednom okruženju.

Tim znanstvenika promatrao je dva događaja koji bi mogli pripadati ‘trećoj vrsti eksplozije’. Događaji su trajali samo kratko vrijeme (©Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF).

Korištenjem spektroskopije – tehnike koja razlaže svjetlost na različite valne duljine – mogli su zaključiti sastav zvijezde koja je eksplodirala za svaki od ovih događaja. Otkrili su da je spektar vrlo sličan takozvanim “Wolf-Rayetovim zvijezdama” –  vrlo masivnoj i visoko evoluiranoj vrsti zvijezde, nazvanoj po dvojici astronoma, Charlesu Wolfu i Georgesu Rayetu, koji su ih prvi otkrili. Uzbudljivo, čak su uspjeli isključiti “normalnu” eksploziju supernove. Čim je sudar između brzog materijala i njegove okoline prestao, izvor je praktički nestao – umjesto da je svijetlio dugo vremena.

To je upravo ono što biste očekivali kada bi tijekom kolapsa svoje jezgre zvijezda izbacila samo malu količinu materijala, a ostatak objekta kolabirao prema dolje u ogromnu crnu rupu.

 

Tek jedna od mogućnosti

Iako znanstvenici nude to kao 0bjašnjenje ono – dakako – nije jedino. Najobičnije je da je to bila normalna eksplozija supernove, ali da se u sudaru stvorila golema ljuska prašine koja je od pogleda skrivala radioaktivne krhotine. Također je moguće da je riječ o eksploziji novog i nepoznatog tipa, a potječe od zvijezde koja nam nije poznata.

Kako bi odgovorili na sva ova pitanja znanstvenici će u budućnosti morati potražiti više sličnih objekata. Više podataka sa sličnih događaja uskoro bi mogli pomoći da potvrdimo ili krivotvorimo ovu hipotezu i uspostavimo vezu s drugim vrstama neobičnih, brzih eksplozija koje su znanstvenici otkrili. Bilo kako bilo, čini se da je ovo doista desetljeće u kojem znanstvenici aktivno rade na razrješavanju misterije crnih rupa.

Kako bi izgledao pad u crnu rupu kad bismo ga mogli preživjeti?

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Gal-Yam et al., „A WC/WO star exploding within an expanding carbon–oxygen–neon nebula,“ Nature 601 (2022).

Daniel A. Perley et al., „The Type Icn SN 2021csp: Implications for the Origins of the Fastest Supernovae and the Fates of Wolf-Rayet Stars“ Astrophysical Journal (2022).

Daniel Perley (12. siječnja 2022.), „Black holes: we think we’ve spotted the mysterious birth of one,“ theconversation.com (pristup 26. siječnja 2022.)

Student povijesti koji u slobodno vrijeme voli čitati i pisati o svojim najdražim temama - povijesti, svemiru i astronomiji - te uživa u gledanju svega povezanog sa Star Warsom.