Zapanjujuće simulacije otkrivaju kako crne rupe uništavaju zvijezde

Crne rupe u središtima galaksija, uključujući našu Mliječnu stazu, poznate su po tome da povremeno uništavaju obližnje zvijezde.

---

Ovaj dramatičan proces događa se kada zvijezda padne prema supermasivnoj crnoj rupi, gdje biva rastegnuta i rastrgana u komadiće. Rezultat je spektakularan događaj poznat kao plimni poremećaj. Nova studija, koju je vodio Daniel Price, profesor astrofizike na Sveučilištu Monash, objavljena u časopisu The Astrophysical Journal Letters, predstavlja najdetaljnije simulacije ovog procesa ikada izrađene. Ove simulacije pružaju uvid u način na koji crne rupe razaraju zvijezde, prikazujući taj proces u trajanju od cijele godine.

Teorijski koncept plimnih poremećaja prvi su razvili američki astronom Jack G. Hills i britanski astronom Martin Rees tijekom 1970-ih i 1980-ih godina. Prema Reesovoj teoriji, polovica ostataka zvijezde ostaje vezana za crnu rupu, sudarajući se unutar akrecijskog diska, vruće i sjajne strukture materije. Ovaj disk bi, prema teoriji, trebao emitirati značajnu količinu rendgenskog zračenja. Međutim, prema Danielu Priceu, većina od više od 100 otkrivenih plimnih poremećaja emitira svjetlost uglavnom u vidljivom spektru, a ne u rendgenskom zračenju, što je izazvalo značajnu znanstvenu znatiželju.

Neočekivani rezultati istraživanja

Opažena temperatura ostataka iznosi samo oko 10.000 stupnjeva Celzija—što je usporedivo s temperaturom površine prosječne zvijezde, a ne milijunima stupnjeva koliko bi se očekivalo od vrućeg plina oko supermasivne crne rupe. Još jedna neočekivana činjenica odnosi se na veličinu svjetleće materije oko crne rupe, koja je procijenjena na nekoliko puta veću od Sunčevog sustava. Materija se pritom brzo širi od crne rupe brzinom koja doseže nekoliko posto brzine svjetlosti.

S obzirom na to da je čak i crna rupa mase milijun Sunca tek nešto veća od našeg Sunca, ogromna veličina ove sjajne materije bila je potpuno iznenađenje. Prema Priceu, astrofizičari su pretpostavili da crna rupa mora biti prekrivena materijom tijekom poremećaja kako bi se objasnio nedostatak rendgenskog zračenja. Međutim, do sada nitko nije uspio pokazati kako se to zapravo događa. Ovo je mjesto gdje najnovije simulacije dolaze do izražaja.

Proces uništavanja: Kao dijete sa… špagetima

Crne rupe, kako Daniel Price slikovito opisuje, djeluju neuredno prilikom uništavanja zvijezda – poput djeteta koje se bori s tanjurom špageta. Zvijezda, koja u početku ima kompaktan oblik, biva rastegnuta u dugačku, tanku nit zbog izuzetno snažnih plimnih sila crne rupe. Kako se polovica materije rastrgane zvijezde približava crnoj rupi, samo 1% biva apsorbirano, dok se ostatak materije raspršuje u kozmičkom “izdahu”. Price naglašava da je simulacija plimnih poremećaja izuzetno složen proces jer Newtonovi zakoni gravitacije ne vrijede u neposrednoj blizini supermasivne crne rupe.

Stoga je potrebno uzeti u obzir sve efekte iz Einsteinove opće teorije relativnosti. Unatoč složenosti, tim koji predvodi Price razvio je novu metodu simulacije temeljenu na Einsteinovim zakonima, omogućivši eksperimentiranje sa zvijezdama koje se približavaju najbližoj crnoj rupi. Rezultati ovih simulacija, prvi takve vrste, prikazuju plimne poremećaje od početka do kraja.

Najnovije simulacije otkrile su da 1% materije koja dospije do crne rupe generira toliku količinu topline da stvara izuzetno snažan, gotovo sferičan izljev materije. Crna rupa jednostavno ne može progutati svu tu materiju, pa se ona raspršuje prema van. Kada se rezultati simulacija promatraju kroz teleskope, objašnjavaju mnogo toga što je prije bilo zagonetno. Simulacije otkrivaju zašto plimni poremećaji izgledaju poput zvijezde veličine Sunčevog sustava koja se širi brzinom od nekoliko posto brzine svjetlosti, uz crnu rupu u svom središtu. Ovi rezultati bacaju novo svjetlo na jedan od najfascinantnijih fenomena u svemiru, otkrivajući nevjerojatnu moć i nepredvidivost procesa uništavanja zvijezda od strane crnih rupa.