Neočekivano otkriće trostrukog sustava s crnom rupom dovodi u pitanje modele formiranja zvijezda

Nova saznanja sugeriraju drugačije načine formiranja crnih rupa bez supernova eksplozija.

---

Znanstvenici su nedavno otkrili rijedak trostruki sustav s crnom rupom koji prisiljava astrofizičare da preispitaju uobičajene teorije o nastanku crnih rupa. Sustav, poznat pod nazivom V404 Cygni, za koji se ranije vjerovalo da se sastoji samo od crne rupe i jedne zvijezde koju crna rupa polako “konyumira”, sada otkriva i treći objekt u dalekoj orbiti. Ovo otkriće sugerira da se crne rupe mogu formirati i na način koji ne uključuje nasilne eksplozije supernove, kako se dosad smatralo.

Što je trostruki sustav s crnom rupom?

Crne rupe se najčešće otkrivaju zbog snažnog isijavanja rendgenskih zraka dok privlače materijal s obližnje zvijezde, stvarajući tako rendgenske binarne sustave. U slučaju V404 Cygni, već je bilo poznato da sustav uključuje crnu rupu devet puta veću od Sunca, koja svakih 6,5 dana orbitira oko zvijezde iz koje krade materijal. Međutim, novo istraživanje otkrilo je treći objekt u vrlo udaljenoj orbiti, koji za punu rotaciju oko crne rupe treba 70.000 godina.

Trostruki sustavi zvijezda su rijetki, a kada masivne zvijezde eksplodiraju kao supernove, obično izbacuju obližnje objekte iz sustava. Ovaj fenomen, na engleskom poznat kao “natal kick,” što bi se na hrvatskom jeziku moglo prevesti kao udarac pri rođenju, smatra se glavnim uzrokom “odbjeglih zvijezda” koje velikom brzinom napuštaju svoje matične sustave.

S obzirom na to da crne rupe nastaju iz još masivnijih zvijezda, pretpostavlja se da bi eksplozije koje ih stvaraju bile još snažnije, s izraženijim udarcima pri rođenju. Teoretski, čak i ako bi se crna rupa formirala u trostrukom sustavu, očekuje se da bi jedan od članova sustava bio izbačen, ostavljajući binarni par. Međutim, otkriće ovog trostrukog sustava dovodi u pitanje tu teoriju.

Otkrivanje novih detalja V404 Cygni

Profesor Kevin Burdge s MIT-a, koji je vodio tim istraživača, otkrio je da treći objekt u sustavu V404 Cygni orbitira na toliko velikoj udaljenosti da je vezan vrlo slabom gravitacijskom silom. Burdge je objasnio ovaj fenomen kroz jednostavnu analogiju: “Zamislite da vučete zmaja pričvršćenog na paučinu. Ako povučete prejako, paučina bi se prekinula, a zmaj bi odletio. Gravitacijska veza između ovih zvijezda je jednako slaba – bilo kakav dramatičan događaj, poput supernove, vjerojatno bi izbacio treću zvijezdu iz sustava.”

Istraživači su izračunali da je taj takozvani “natal kick” prilikom formiranja crne rupe u sustavu V404 Cygni morao biti znatno manji od očekivanog – svega 5 kilometara u sekundi (oko 11.000 km/h), što je puno manje od uobičajenih brzina koje prate eksplozije supernova.

Direktan kolaps: Novi mehanizam formiranja crnih rupa

Ova otkrića dovela su Burdgeov tim do teorije da je crna rupa u sustavu V404 Cygni nastala kroz proces poznat kao direktni kolaps, bez supernove. Fizikalni modeli već dugo sugeriraju mogućnost direktnog kolapsa u slučajevima vrlo masivnih zvijezda, ali ovo je prvi dokaz koji podupire tu hipotezu. Analize podataka prikupljenih teleskopom Gaia tijekom proteklih deset godina dodatno su potvrdile da su svi objekti u sustavu V404 Cygni u sinkroniziranom kretanju, bez znakova poremećaja koje bi prouzročila eksplozija supernove.

Otkriće ovog trostrukog sustava otvara nova pitanja o načinu formiranja crnih rupa. Direktni kolaps možda je češći nego što se dosad mislilo, a mnogi slični trostruki sustavi mogli bi nam biti nevidljivi zbog ograničenja trenutnih metoda detekcije.

Dodatno, ovaj treći, udaljeni objekt u sustavu V404 Cygni omogućuje znanstvenicima procjenu starosti sustava. Za razliku od zvijezde koju crna rupa konzumira, ovaj treći član sustava stario je normalnim tempom, a procjene pokazuju da je star između 3 i 5 milijardi godina.

“Ovo je prvi put da smo mogli proučiti tako star sustav crne rupe,” kaže Burdge. “Ovo otvara nove mogućnosti za razumijevanje evolucije crnih rupa.”