Supermasivne crne rupe sjede u središtima velikih galaksija, ali same po sebi ne emitiraju svjetlost i zato ih astronomi najčešće mogu pratiti samo posredno, preko onoga što rade svojoj okolini. Jedan od najdramatičnijih trenutaka nastaje kada im se zvijezda previše približi. Tada ne nestaje odjednom, nego biva rastrgana u dug tok užarenog materijala, a upravo taj prizor može nakratko zasjati jače od cijele galaksije. Novo istraživanje sada jasnije pokazuje kako ti izboji nastaju i zašto se toliko razlikuju od slučaja do slučaja.
U radu objavljenom u časopisu The Astrophysical Journal Letters Eric Coughlin sa Sveučilišta Syracuse i njegovi suradnici razjašnjavaju što se događa kada supermasivna crna rupa zarobi zvijezdu. U središtu Mliječne staze nalazi se Sagittarius A*, crna rupa mase oko četiri milijuna Sunaca, no slični divovi, teški milijunima pa i milijardama Sunčevih masa, nalaze se i u središtima mnogih drugih galaksija. Kada neka zvijezda zaluta preblizu, golema gravitacija razvuče je u dugačak i tanak mlaz krhotina koji se potom omata oko crne rupe.
Sudar krhotina pali golemi bljesak
Kada se dijelovi tog uskog mlaza naposljetku sudare, oslobađa se golema količina energije. Nakon toga dio razbacanog materijala počinje padati prema crnoj rupi, stvarajući još dodatnog zračenja. Upravo spoj tog prvog sudara i kasnijeg urušavanja materijala stvara bljesak toliko snažan da nakratko može nadmašiti sjaj cijele galaksije, uz svjetlost usporedivu s približno bilijun Sunaca.
Astronomi takve pojave nazivaju događajima plimnog poremećaja. Riječ je o rijetkim trenucima u kojima supermasivna crna rupa razori zvijezdu koja joj se previše približila i tako nakratko oda svoju prisutnost. Upravo zato takvi izboji astronomima omogućuju proučavanje crnih rupa koje se ne mogu vidjeti izravno.
Ti su bljeskovi godinama posebno zanimljivi istraživačima jer svaki nosi vlastiti potpis. Iz načina na koji sjaj raste, doseže vrhunac i potom slabi može se zaključivati o masi crne rupe, a možda i o tome koliko se brzo vrti. Problem je bio u tome što je cijeli proces iznimno teško vjerno simulirati, pa je i samo nastajanje bljeska dugo ostalo nejasno.
Rotacija crne rupe može odgoditi bljesak
U tome sada pomažu nove simulacije visoke razlučivosti. Tim koji vodi Lucio Mayer sa Sveučilišta u Zürichu, a u kojem sudjeluje i Eric Coughlin, primijenio je metodu poznatu kao hidrodinamika zaglađenih čestica. Pojednostavljeno, zvijezda se u računalnom modelu prikazuje kao golem skup međudjelujućih čestica, čije se gibanje računa prema istim temeljnim zakonima koji opisuju i strujanje tekućina.
U ovoj studiji korišteni su deseci milijardi čestica, što je omogućilo dosad najvjerniji prikaz plina nastalog nakon razaranja zvijezde. Pokazalo se da se taj materijal ne rasipa kaotično, kako su sugerirali neki raniji modeli, nego stvara uzak i kompaktan tok koji kruži oko crne rupe po predvidljivoj putanji prije nego što se naposljetku sudari sam sa sobom. Time je potvrđeno starije teorijsko predviđanje. Ranije simulacije, ograničene slabijom razlučivošću, često su davale iskrivljenu sliku tog toka i ostavljale dojam da se zvjezdani materijal raspršuje mnogo više nego što se doista raspršuje. Jasniji uvid omogućili su moćni superračunali i grafički procesori, odnosno GPU sustavi.
No novi modeli pokazali su i dodatnu razinu složenosti. Ishod takva događaja ne ovisi samo o masi crne rupe, nego i o brzini njezine rotacije te o položaju te rotacije u odnosu na ravninu gibanja ostataka uništene zvijezde. Ako se crna rupa okreće, mijenja i prostorvrijeme oko sebe, pa nastaje učinak poznat kao nodalna precesija. Zbog toga se tok krhotina može izmaknuti iz svoje izvorne ravnine, pa nakon jednog obilaska ne udari u vlastiti trag. To se može ponoviti i više puta prije nego što naposljetku dođe do sudara.
Upravo bi to moglo objasniti zašto ti izboji ne izgledaju uvijek jednako. Neki brzo dosegnu vrhunac i zatim brzo oslabe, dok se drugi razvijaju sporije. Neki su izrazito sjajni, drugi osjetno slabiji, a dio njih i dalje se ne uklapa lako u postojeće kategorije. Razlike u masi crne rupe mogu objasniti dio te raznolikosti, ali nove simulacije upućuju na to da bi upravo rotacija mogla biti jedan od glavnih razloga zbog kojih se ti događaji toliko razlikuju.
Takvi događaji plimnog poremećaja pretvaraju inače nevidljive objekte u signale koje astronomi mogu čitati. Zvijezda bude razorena, njezini se ostaci sudare, nastane snažan bljesak i skrivena crna rupa odjednom ostavi jasan trag. S boljim simulacijama i sve moćnijim teleskopima astronomi sada te signale tumače preciznije nego ikad prije.
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.
