Crne rupe nerado otkrivaju svoje tajne, ali malo - pomalo. sve su manji misterij. U posljednjih nekoliko godina konačno smo snimili stvarne fotografije ovih svemirskih monstruma i izmjerili gravitacijske valove koje prilikom sudara stvaraju u prostoru i vremenu. Ipak, mnogo toga još nije poznato, a jedna od najvećih enigmi je kako točno nastaju. objašnjava u svojoj analizi za Conversation Danel Perley.
Astronomi vjeruju, i na temelju promatranja i na teoretskim osnovama, da većina crnih rupa nastaje kada središte masivne zvijezde kolabira na kraju životnog vijeka. Jezgra zvijezde obično stvara pritisak, odnosno energiju, koristeći toplinu iz intenzivnih nuklearnih reakcija. Ali jednom kada se gorivo takve zvijezde iscrpi i nuklearne reakcije prestanu, unutarnji slojevi zvijezde kolabiraju prema unutra pod utjecajem gravitacije, drobeći se do izvanredne gustoće.
Neutronski leševi česti, ali što s crnim rupama?
Većinu vremena ovaj katastrofalni kolaps se zaustavlja kada se 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. Ali modeli umirućih zvijezda pokazuju da ako je originalna zvijezda dovoljno masivna (40-50 puta veća od mase Sunca), kolaps će se jednostavno nastaviti nesmanjenim intenzitetom praktički u beskonačnost sve dok se zvijezda ne smrvi u gravitacijsku singularnost - crnu rupu.
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.
Mogu li ih odati kratkotrajni mlazovi?
Na primjer, ako se zvijezda u trenutku kolapsa okreće, 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 snažan 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 otkriveni 1960-ih od vojnih satelita, pretpostavlja se da su ovi događaji rezultat mlaza 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 urušila u crnu rupu.
Konačno otkriven kandidat
Iako to ne znači da se crna rupa nije mogla formirati u takvoj eksploziji, neki su zaključili da drugi modeli daju jednostavnije objašnjenje za takve praskove gama zraka nego crna rupa. Na primjer, super-magnetizirana neutronska zvijezda mogla bi se formirati u takvoj eksploziji i proizvesti vlastite snažne mlazove.
"Međutim, moji kolege i ja nedavno smo otkrili novog i (po našem mišljenju) mnogo boljeg kandidata za stvaranje crne rupe. U dva odvojena navrata u protekle tri godine - jednom 2019. i jednom 2021. - svjedočili smo iznimno brzoj i prolaznoj vrsti eksplozije koja je, slično kao u ekplozijama gama zraka, proizašla iz male količine materijala koji se vrlo brzo udara u plin u svom neposrednom okruženju.", ističe Daniel Perley.
'Postoje i druga objašnjenja, ali...'
"Korištenjem spektroskopije – tehnike koja razlaže svjetlost na različite valne duljine – mogli bismo zaključiti sastav zvijezde koja je eksplodirala za svaki od ovih događaja. Otkrili smo da je spektar vrlo sličan takozvanim "Wolf-Rayetovim zvijezdama" - vrlo masivnoj i visoko razvijenoj vrsti zvijezde, nazvanoj po dvojici astronoma, Charlesu Wolfu i Georgesu Rayetu, koji su ih prvi otkrili. Uzbudljivo, čak smo uspjeli isključiti "normalnu" eksploziju supernove. Čim je sudar između brzog materijala i njegove okoline prestao, izvor je praktički nestao - umjesto da svijetli dugo vremena.", pojašnjava.
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.
"Iako je ovo naše tumačenje, to nije jedina mogućnost. Najprozaičnije 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 eksplozija novog i nepoznatog tipa, a potječe od zvijezde koja nam nije poznata."
Duga potraga za svemirskim ništavilom
"Da bismo odgovorili na ova pitanja, morat ćemo potražiti više takvih objekata. Do sada je ove vrste eksplozija bilo teško proučavati jer su prolazne i teško ih je pronaći. Morali smo upotrijebiti nekoliko zvjezdarnica zajedno u brzom slijedu kako bismo okarakterizirali ove eksplozije:i velike zvjezdarnice visoke razlučivosti (Svemirski teleskop Hubble, Opservatorij Gemini i vrlo veliki teleskop) kako bi analizirali njihov sastav. Iako u početku nismo znali što točno vidimo kada smo prvi put otkrili ove događaje, sada imamo jasnu hipotezu: rođenje crne rupe."
Više podataka sa sličnih događaja uskoro bi nam moglo pomoći da potvrdimo ili oborimo ovu hipotezu i uspostavimo vezu s drugim vrstama neobičnih, brzih eksplozija koje su naš tim i drugi otkrili. Bilo kako bilo, čini se da je ovo doista desetljeće u kojem razotkrivamo misterije crnih rupa.
