Picha ya nyota ya Wolf Rayet - uwezekano kabla ya kuanguka kwenye shimo jeusi. Mkopo: ESO/L. Calcaada
Wanaastronomia wanazidi kurudisha nyuma mapazia kwenye mashimo meusi. Katika miaka michache iliyopita, hatimaye tumenasa picha halisi za viumbe hawa wa kutisha na kupima mawimbi ya mvuto - mawimbi katika wakati wa anga - ambazo huunda wakati wa kugongana. Lakini bado kuna mengi ambayo hatujui kuhusu shimo nyeusi. Moja ya fumbo kubwa ni jinsi wanavyounda hapo kwanza.
Wenzangu na mimi sasa tunaamini kuwa tumezingatia mchakato huu, tukitoa baadhi ya dalili bora zaidi za kile kinachotokea wakati nyeusi shimo fomu. Matokeo yetu yamechapishwa katika karatasi mbili katika Nature na Astrophysical Journal.
Wanaastronomia wanaamini, kwa misingi ya uchunguzi na nadharia, kwamba mashimo mengi meusi hutokea wakati kitovu cha nyota kubwa kinaporomoka mwishoni mwa maisha yake. Kiini cha nyota kwa kawaida hutoa shinikizo, au msaada, kwa kutumia joto kutoka kwa athari kali za nyuklia. Lakini mafuta ya nyota kama hayo yanapoisha na athari za nyuklia kukoma, tabaka za ndani za nyota hiyo huporomoka kwa ndani chini ya nguvu ya uvutano, na kushuka hadi msongamano wa ajabu.
Picha ya kwanza ya shimo nyeusi. Mkopo: EHT
Aghalabu, mporomoko huu wa janga husitishwa wakati kiini cha nyota kinapojibana na kuwa duara dhabiti la mata, chembe nyingi zinazoitwa neutroni. Hii husababisha mlipuko wa nguvu wa kurudi nyuma ambao huharibu nyota (supernova), na kuacha kitu kigeni kinachojulikana kama a nyota ya neutron. lakini mifano ya kufa nyota show kwamba ikiwa nyota ya asili ni kubwa vya kutosha (mara 40-50 ya uzito wa Jua), kuanguka kutaendelea tu bila kupunguzwa hadi nyota itapondwa chini katika umoja wa mvuto - shimo jeusi.
Nadharia za kulipuka
Ingawa nyota zinazoporomoka na kuunda nyota za nyutroni sasa zinazingatiwa kwa ukawaida katika ulimwengu wote (uchunguzi wa supernova hupata kadhaa mpya kila usiku), wanaastronomia bado hawana uhakika kabisa kile kinachotokea wakati wa kuporomoka kwa shimo jeusi. Baadhi ya mifano ya kukata tamaa inapendekeza nyota nzima ingemezwa bila kuwa na alama nyingi. Wengine wanapendekeza kwamba kuanguka kwa shimo nyeusi kunaweza kutoa aina nyingine ya mlipuko.
Kwa mfano, ikiwa nyota inazunguka wakati wa kuporomoka, baadhi ya nyenzo zinazoanguka zinaweza kuelekezwa kwenye jeti zinazoepuka nyota kwa kasi ya juu. Ingawa jeti hizi hazingekuwa na wingi mkubwa, zingepakia ngumi kubwa: ikiwa zingepiga kitu, athari zinaweza kuwa kubwa sana katika suala la nishati iliyotolewa.
Hadi sasa, mgombea bora wa mlipuko kutoka kuzaliwa kwa shimo nyeusi imekuwa jambo la kushangaza linalojulikana kama muda mrefu. gamma-ray hupasuka. Iligunduliwa kwa mara ya kwanza katika miaka ya 1960 na satelaiti za kijeshi, matukio haya yamekisiwa kuwa yanatokana na jeti zilizoharakishwa hadi kasi ya kushangaza na mashimo meusi mapya katika nyota zinazoanguka. Hata hivyo, tatizo la muda mrefu katika hali hii ni kwamba milipuko ya miale ya gamma pia hutoa uchafu mwingi wa mionzi unaoendelea kung'aa kwa miezi kadhaa. Hii inaonyesha kwamba nyota nyingi zililipuka nje hadi angani (kama kwenye supernova ya kawaida), badala ya kuanguka ndani hadi shimo jeusi.
Ingawa hii haimaanishi kuwa shimo jeusi haliwezi kutokea katika mlipuko kama huo, wengine wamehitimisha kuwa miundo mingine hutoa maelezo ya asili zaidi ya kupasuka kwa miale ya gamma kuliko shimo nyeusi kutengeneza. Kwa mfano, a nyota ya neutroni yenye sumaku-juu inaweza kuunda katika mlipuko kama huo na kutoa jeti zenye nguvu zenyewe.
Siri imetatuliwa?
Wenzangu na mimi, hata hivyo, hivi majuzi tulifunua tukio jipya na (kwa maoni yetu) bora zaidi la mgombeaji wa kuunda shimo nyeusi. Katika matukio mawili tofauti katika kipindi cha miaka mitatu iliyopita - mara moja katika 2019 na mara moja katika 2021 - tulishuhudia aina ya mlipuko wa haraka na wa muda mfupi sana ambao, kama vile milipuko ya miale ya gamma, ulitokana na kiasi kidogo cha milipuko ya nyenzo zinazosonga haraka. ndani ya gesi katika mazingira yake ya karibu.
Kwa kutumia taswira - mbinu inayogawanya mwanga katika urefu tofauti wa mawimbi - tunaweza kukisia muundo wa nyota ambayo ililipuka kwa kila moja ya matukio haya. Tuligundua kwamba wigo ulikuwa sawa na wale wanaoitwa "nyota za Wolf-Rayet" - aina kubwa sana ya nyota iliyobadilika sana, iliyopewa jina la wanaastronomia wawili, Charles Wolf na Georges Rayet, ambayo iliwagundua kwanza. Kwa kufurahisha, tuliweza hata kudhibiti mlipuko wa "kawaida" wa supernova. Mara tu mgongano kati ya nyenzo za haraka na mazingira yake ulipokoma, chanzo kilionekana kutoweka - badala ya kuangaza kwa muda mrefu.
Hivi ndivyo ungetarajia ikiwa, wakati wa kuporomoka kwa msingi wake, nyota ilitoa kiasi kidogo tu cha nyenzo na kitu kingine kikianguka chini ndani ya shimo kubwa nyeusi.
Utafiti huo mpya uliona matukio mawili ambayo yanaweza kuwa ya aina ya tatu ya mlipuko, hudumu kwa muda mfupi tu. Credit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Ingawa hii ni tafsiri yetu inayopendelewa, sio uwezekano pekee. Mlipuko mkubwa zaidi ni kwamba ulikuwa mlipuko wa kawaida wa supernova, lakini vumbi kubwa liliundwa katika mgongano huo, na kuficha uchafu wa mionzi kutoka kwa kuonekana. Inawezekana pia kwamba mlipuko huo ni wa aina mpya na isiyojulikana, inayotokana na nyota ambayo hatuifahamu.
Ili kujibu maswali haya, tutahitaji search kwa vitu zaidi kama hivyo. Hadi sasa aina hii ya milipuko imekuwa vigumu kujifunza kwa sababu ni ya muda mfupi na vigumu kupatikana. Ilitubidi kutumia viangalizi kadhaa pamoja kwa mfululizo wa haraka ili kubainisha milipuko hii: Kituo cha Muda mfupi cha Zwicky ili kuzigundua, Darubini ya Liverpool na Darubini ya Macho ya Nordic ili kuthibitisha asili yao, na viangalizi vikubwa vyenye azimio la juu (Hubble Space Telescope, Gemini Observatory). , na Darubini Kubwa Sana) ili kuchanganua utunzi wao.
Ingawa mwanzoni hatukujua hasa kile tulichokuwa tunaona tulipogundua matukio haya kwa mara ya kwanza, sasa tuna dhana wazi: kuzaliwa kwa shimo jeusi.
Data zaidi kutoka kwa matukio sawa hivi karibuni inaweza kutusaidia kuthibitisha au kughushi dhana hii na kuanzisha kiungo cha aina nyingine za milipuko isiyo ya kawaida na ya haraka ambayo timu yetu na watu wengine wamekuwa wakipata. Vyovyote vile, inaonekana huu ndio muongo tunapotoa siri za shimo nyeusi.
Imeandikwa na Daniel Perley, Msomaji wa Astrofizikia, Chuo Kikuu cha Liverpool John Moores.
Makala hii ilichapishwa kwanza Mazungumzo.
