Beeld van 'n Wolf Rayet-ster - moontlik voordat dit in 'n swart gat ineenstort. Krediet: ESO/L. Calçada
Sterrekundiges trek toenemend die gordyne van swart gate terug. In die afgelope paar jaar het ons uiteindelik werklike foto's van hierdie vreesaanjaende wesens gevang en die gravitasiegolwe – rimpelings in ruimtetyd – wat hulle skep wanneer hulle bots. Maar daar is nog baie wat ons nie van swart gate weet nie. Een van die grootste enigmas is presies hoe hulle in die eerste plek vorm.
Ek en my kollegas glo nou dat ons hierdie proses waargeneem het, wat van die beste aanduidings nog verskaf van presies wat gebeur wanneer 'n swart gat vorms. Ons resultate word in twee koerante in Aard en die Astro Journal.
Sterrekundiges glo, op beide waarnemings- en teoretiese gronde, dat die meeste swart gate vorm wanneer die middelpunt van 'n massiewe ster aan die einde van sy lewe ineenstort. Die ster se kern verskaf gewoonlik druk, of ondersteuning, deur hitte van intense kernreaksies te gebruik. Maar sodra so 'n ster se brandstof uitgeput is en kernreaksies stop, stort die binnelae van die ster onder swaartekrag na binne in en verpletter tot buitengewone digthede.
Eerste beeld van 'n swart gat. Krediet: EHT
Die meeste van die tyd word hierdie katastrofiese ineenstorting gestop wanneer die ster se kern kondenseer tot 'n soliede sfeer van materie, ryk aan deeltjies wat neutrone genoem word. Dit lei tot 'n kragtige terugslag-ontploffing wat die ster vernietig ('n supernova), en laat 'n eksotiese voorwerp bekend as 'n neutron ster. maar modelle van sterwende sterre wys dat as die oorspronklike ster massief genoeg is (40-50 keer die massa van die Son), die ineenstorting eenvoudig onverpoosd sal voortduur totdat die ster in 'n gravitasie-singulariteit - 'n swart gat - verpletter word.
Plofbare teorieë
Terwyl sterre wat ineenstort om neutronsterre te vorm nou gereeld deur die heelal waargeneem word (supernova-opnames vind elke aand tientalle nuwes), is sterrekundiges nog nie heeltemal seker wat tydens die ineenstorting na 'n swart gat gebeur nie. Sommige pessimistiese modelle stel die hele ster voor sou sonder veel van 'n spoor ingesluk word. Ander stel voor dat die ineenstorting na 'n swart gat sou veroorsaak 'n ander soort ontploffing.
As die ster byvoorbeeld roteer ten tyde van ineenstorting, kan van die invallende materiaal in strale gefokus word wat teen hoë snelheid die ster ontsnap. Alhoewel hierdie jets nie veel massa sou bevat nie, sou hulle 'n groot vuishou: as hulle in iets slaan, kan die effekte nogal dramaties wees in terme van die energie wat vrygestel word.
Tot nou toe was die beste kandidaat vir 'n ontploffing vanaf die geboorte van 'n swart gat die vreemde verskynsel bekend as langdurigheid gammastrale bars. Hierdie gebeurtenisse, wat die eerste keer in die 1960's deur militêre satelliete ontdek is, is veronderstel om die gevolg te wees van strale wat tot verbysterende spoed versnel is deur nuutgevormde swart gate in ineenstortende sterre. ’n Langdurige probleem met hierdie scenario is egter dat gammastraaluitbarstings ook oorvloedige radioaktiewe puin uitstoot wat maande lank aanhou skyn. Dit dui daarop dat die meeste van die ster na buite in die ruimte ontplof het (soos in 'n gewone supernova), in plaas daarvan om na binne in te stort tot 'n swart gat.
Alhoewel dit nie beteken dat 'n swart gat nie in so 'n ontploffing gevorm kan word nie, het sommige tot die gevolgtrekking gekom dat ander modelle 'n meer natuurlike verklaring vir gammastraaluitbarstings bied as 'n swart gat wat vorm. Byvoorbeeld, a supergemagnetiseerde neutronster kan in so 'n ontploffing vorm en kragtige strale van sy eie produseer.
Misterie opgelos?
Ek en my kollegas het egter onlangs 'n nuwe en (na ons mening) baie beter kandidaatgeleentheid ontdek om 'n swart gat te skep. By twee afsonderlike geleenthede in die afgelope drie jaar – een keer in 2019 en een keer in 2021 – het ons 'n buitengewoon vinnige en vlietende soort ontploffing gesien wat, net soos in gammastraal-uitbarstings, ontstaan het uit 'n klein hoeveelheid baie vinnig bewegende materiaal wat klap. in gas in sy onmiddellike omgewing.
Deur spektroskopie te gebruik – ’n tegniek wat lig in verskillende golflengtes afbreek – kan ons die samestelling van die ster wat ontplof het vir elk van hierdie gebeurtenisse aflei. Ons het ontdek dat die spektrum baie soortgelyk is aan sogenaamde "Wolf-Rayet-sterre" - 'n baie massiewe en hoogs ontwikkelde tipe ster, vernoem na die twee sterrekundiges, Charles Wolf en Georges Rayet, wat hulle eerste opgespoor het. Opwindend genoeg kon ons selfs 'n "normale" supernova-ontploffing uitsluit. Sodra die botsing tussen die vinnige materiaal en sy omgewing opgehou het, het die bron feitlik verdwyn - eerder as om vir 'n lang tyd te gloei.
Dit is presies wat jy sou verwag as die ster tydens die ineenstorting van sy kern slegs 'n klein hoeveelheid materiaal uitstoot met die res van die voorwerp wat afwaarts in 'n enorme swart gat ineenstort.
Die nuwe studie het twee gebeurtenisse waargeneem wat moontlik tot die derde tipe ontploffing behoort, wat net 'n kort tydjie duur. Krediet: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Alhoewel dit ons gunsteling interpretasie is, is dit nie die enigste moontlikheid nie. Die mees prosaïese een is dat dit 'n normale supernova-ontploffing was, maar dat 'n groot dop stof in die botsing gevorm het en die radioaktiewe puin weggesteek het. Dit is ook moontlik dat die ontploffing van 'n nuwe en onbekende tipe is, afkomstig van 'n ster waarmee ons nie vertroud is nie.
Om hierdie vrae te beantwoord, sal ons moet Soek vir meer sulke voorwerpe. Tot nou toe was hierdie soort ontploffings moeilik om te bestudeer omdat dit vlugtig en moeilik is om te vind. Ons moes verskeie sterrewagte vinnig agtereenvolgens gebruik om hierdie ontploffings te karakteriseer: die Zwicky Transient Facility om hulle te ontdek, die Liverpool Telescope en die Nordic Optical Telescope om hul aard te bevestig, en groot hoë-resolusie sterrewagte (die Hubble Space Telescope, Gemini Observatory , en die Very Large Telescope) om hul samestelling te ontleed.
Alhoewel ons aanvanklik nie presies geweet het wat ons sien toe ons hierdie gebeure die eerste keer ontdek het nie, het ons nou 'n duidelike hipotese: die geboorte van 'n swart gat.
Meer data van soortgelyke gebeurtenisse kan ons dalk binnekort help om hierdie hipotese te verifieer of te vervals en die skakel te vestig na ander tipes ongewone, vinnige ontploffings wat ons span en ander gevind het. Hoe dit ook al sy, dit blyk dat dit werklik die dekade is waarin ons die geheimenisse van swart gate uitbreek.
Geskryf deur Daniel Perley, Leser van Astrofisika, Liverpool John Moores Universiteit.
Hierdie artikel is die eerste keer gepubliseer in Die gesprek.
