Egy Wolf Rayet-csillag képe – potenciálisan azelőtt, hogy egy fekete lyukba zuhanna. Hitel: ESO/L. Calçada
A csillagászok egyre inkább lehúzzák a függönyt a fekete lyukakról. Az elmúlt néhány évben végre tényleges fényképeket készítettünk ezekről a félelmetes lényekről, és megmértük a gravitációs hullámok - hullámzás a téridőben - amelyeket ütközéskor hoznak létre. De még mindig sok mindent nem tudunk a fekete lyukakról. Az egyik legnagyobb rejtély az, hogy pontosan hogyan is keletkeznek.
Kollégáimmal most úgy gondoljuk, hogy megfigyeltük ezt a folyamatot, ami a legjobb jelzéseket ad arra vonatkozóan, hogy pontosan mi történik, ha fekete lyuk formák. Eredményeinket két cikkben tesszük közzé Természet és a Asztrofizikai Journal.
A csillagászok megfigyelési és elméleti alapon is úgy vélik, hogy a legtöbb fekete lyuk akkor keletkezik, amikor egy hatalmas csillag középpontja élete végén összeomlik. A csillag magja általában nyomást vagy támogatást biztosít az intenzív nukleáris reakciókból származó hő felhasználásával. Ám amint egy ilyen csillag üzemanyaga elfogy, és a nukleáris reakciók leállnak, a csillag belső rétegei befelé omlanak a gravitáció hatására, és rendkívüli sűrűségűre zúdulnak össze.
Az első kép egy fekete lyukról. Hitel: EHT
Ez a katasztrofális összeomlás legtöbbször akkor áll meg, amikor a csillag magja szilárd anyaggömbbé kondenzálódik, amely neutronoknak nevezett részecskékben gazdag. Ez egy erőteljes visszapattanó robbanáshoz vezet, amely elpusztítja a csillagot (egy szupernóva), és egy egzotikus tárgyat hagy maga után neutron csillag. De haldokló csillagok modelljei mutatják be hogy ha az eredeti csillag elég nagy tömegű (a Nap tömegének 40-50-szerese), az összeomlás egyszerűen folytatódik, amíg a csillag gravitációs szingularitássá – egy fekete lyukká – össze nem zúzódik.
Robbanásveszélyes elméletek
Míg a neutroncsillagokká összeomló csillagokat ma már rutinszerűen megfigyelik az egész univerzumban (a szupernóva-kutatások minden éjjel tucatnyi újat találnak), a csillagászok még nem teljesen biztosak abban, hogy mi történik a fekete lyuk összeomlása során. Egyes pesszimista modellek az egész csillagot sugallják nyom nélkül elnyelnék. Mások azt javasolják, hogy a fekete lyuk összeomlása eredményezné valami másfajta robbanás.
Például, ha a csillag az összeomlás idején forog, a behulló anyag egy része olyan fúvókákká fókuszálhat, amelyek nagy sebességgel távoznak a csillagból. Bár ezek a fúvókák nem tartalmaznának nagy tömeget, nagy ütést adnának: ha valamibe csapódnának, a hatások drámaiak lehetnek a felszabaduló energia tekintetében.
Eddig a fekete lyuk születésétől fogva a robbanás legjobb jelöltje a furcsa jelenség volt, az úgynevezett long-duration gamma-sugárzás tört. Az 1960-as években először katonai műholdak fedezték fel ezeket az eseményeket, és a feltételezések szerint az összeomló csillagokban újonnan kialakult fekete lyukak által elképesztő sebességre gyorsított sugárhajtásokból származnak. Ezzel a forgatókönyvvel azonban régóta fennálló probléma az, hogy a gammasugár-kitörések bőséges radioaktív törmeléket is eltávolítanak, amely hónapokig ragyog. Ez arra utal, hogy a csillagok nagy része kifelé robbant az űrbe (mint egy közönséges szupernóvánál), ahelyett, hogy befelé omlott volna egy fekete lyukká.
Bár ez nem jelenti azt, hogy egy ilyen robbanás során ne keletkezhetett volna fekete lyuk, egyesek arra a következtetésre jutottak, hogy más modellek természetesebb magyarázatot adnak a gammasugár-kitörésekre, mint a fekete lyukak kialakulása. Például a szupermágneses neutroncsillag létrejöhet egy ilyen robbanásban, és saját erős sugárhajtásokat hoz létre.
Rejtély megoldva?
Kollégáimmal azonban a közelmúltban felfedeztünk egy új és (szerintünk) sokkal jobb jelöltet a fekete lyuk létrehozására. Az elmúlt három évben két alkalommal – egyszer 2019-ben és egyszer 2021-ben – egy rendkívül gyors és múló típusú robbanásnak lehettünk tanúi, amely a gamma-kitörésekhez hasonlóan kis mennyiségű, nagyon gyorsan mozgó anyagbecsapódásból eredt. gázba kerül közvetlen környezetében.
A spektroszkópia – egy olyan technika, amely a fényt különböző hullámhosszokra bontja – használatával következtetni tudtunk a felrobbanó csillag összetételére ezen események mindegyikénél. Felfedeztük, hogy a spektrum nagyon hasonlít az úgynevezett „Wolf-Rayet-csillagokhoz” – egy nagyon masszív és fejlett csillagtípushoz, amely a két csillagász, Charles Wolf és Georges Rayet után kapta a nevét, akik először észlelték őket. Izgalmas módon még a „normális” szupernóva-robbanást is ki tudtuk zárni. Amint megszűnt az ütközés a gyors anyag és környezete között, a forrás gyakorlatilag eltűnt – nem izzott sokáig.
Pontosan ez várható, ha magjának összeomlása során a csillag csak kis mennyiségű anyagot lövell ki, az objektum többi része pedig lefelé, egy hatalmas fekete lyukba omlik össze.
Az új tanulmány két olyan eseményt figyelt meg, amelyek a harmadik típusú robbanásokhoz tartozhatnak, és csak rövid ideig tartottak. Köszönetnyilvánítás: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Bár ez a mi kedvenc értelmezésünk, nem ez az egyetlen lehetőség. A legprózaibb az, hogy ez egy normál szupernóva-robbanás volt, de az ütközés során hatalmas porhéj keletkezett, amely elrejtette a radioaktív törmeléket. Az is lehetséges, hogy a robbanás új és ismeretlen típusú, egy általunk nem ismert csillagtól származik.
Ahhoz, hogy megválaszoljuk ezeket a kérdéseket, szükségünk lesz keresés több ilyen tárgyra. Mostanáig az ilyen típusú robbanásokat nehéz volt tanulmányozni, mert múlékonyak és nehéz megtalálni őket. Gyors egymásutánban több obszervatóriumot kellett használnunk a robbanások jellemzésére: a Zwicky Tranziens Létesítményt a felfedezésükhöz, a Liverpooli Teleszkópot és a Nordic Optical Telescope-ot a természetük megerősítésére, valamint nagy, nagy felbontású obszervatóriumokat (a Hubble Űrteleszkóp, a Gemini Obszervatórium). és a Very Large Telescope) összetételük elemzéséhez.
Bár kezdetben nem tudtuk pontosan, mit látunk, amikor először felfedeztük ezeket az eseményeket, most már világos hipotézisünk van: egy fekete lyuk születése.
Hamarosan további, hasonló eseményekből származó adatok segíthetnek ellenőrizni vagy meghamisítani ezt a hipotézist, és megtalálni a kapcsolatot más típusú szokatlan, gyors robbanásokkal, amelyeket csapatunk és mások is találtak. Akárhogy is, úgy tűnik, ez az az évtized, amikor feltárjuk a fekete lyukak titkait.
Írta: Daniel Perley, az asztrofizika olvasója, a Liverpool John Moores Egyetem.
Ez a cikk először jelent meg A beszélgetés.
