Astronomowie po raz pierwszy zaobserwowali, jak masywna gwiazda zapada się bezpośrednio w czarną dziurę, nie wybuchając przy tym jako supernowa – teoretyczny wynik, który wcześniej uważano za stosunkowo powszechny, ale rzadko obserwowany w praktyce. Odkrycie dokonane w galaktyce Andromedy (M31) podważa konwencjonalne zrozumienie śmierci gwiazd i sugeruje, że wiele takich zdarzeń może pozostać niewykrytych.
Niespodziewane zniknięcie
W 2014 roku należący do NASA teleskop NEOWISE (Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer) wykrył jasną poświatę w podczerwieni nadolbrzyma, obecnie oznaczonego jako M31-2014-DS1. Wiele lat później zespół kierowany przez Kishalayę De z Uniwersytetu Columbia ponownie zbadał zarchiwizowane dane NEOWISE i odkrył, że gwiazda nie tylko przygasła, ale zniknęła. W ciągu dwóch lat jej jasność w średniej podczerwieni wzrosła o 50%, po czym szybko osłabła, stając się niewidoczna w świetle optycznym do 2023 roku.
To nie tylko blaknięcie gwiazd; To potwierdzone zniknięcie. Obserwacje Kosmicznego Teleskopu Hubble’a w 2022 roku również nie wykazały niczego w świetle widzialnym, a późniejsze badania spektroskopowe przeprowadzone w Obserwatorium Kecka wykazały jedynie słabe źródło w bliskiej podczerwieni. Spadek był dramatyczny, ze stukrotnym spadkiem jasności optycznej w latach 2016–2019.
Dlaczego to ma znaczenie: nowe podejście do ewolucji gwiazd
Model Standardowy przewiduje, że gwiazdy tej wielkości (na początku około 13 mas Słońca, zredukowanych do 5 przez wiatr gwiazdowy) powinny eksplodować jako supernowe. Niespełnienie tego warunku sugeruje, że niektóre gwiazdy zapadają się bezpośrednio w czarne dziury, a proces ten może być częstszy niż wcześniej sądzono. To odkrycie oznacza, że inwentarz śmierci gwiazd we Wszechświecie jest niekompletny, a wiele czarnych dziur powstaje po cichu, niezauważonych przez współczesne badania.
Mechanizm tego zapadnięcia opiera się na neutrinach. Kiedy masywnej gwieździe kończy się paliwo, jej rdzeń zapada się, uwalniając neutrina. Cząstki te mogą powodować fale uderzeniowe, które albo wywołują eksplozję supernowej, albo, jeśli są wystarczająco słabe, pozwalają zewnętrznym warstwom gwiazdy opaść do wewnątrz, tworząc czarną dziurę bez wybuchu jasnej supernowej.
Drugi kandydat: N6946-BH1
To nie jest odosobniony przypadek. Podobnego kandydata, N6946-BH1 w galaktyce NGC 6946 (25 milionów lat świetlnych stąd), odkryto w 2010 roku. Jednak ze względu na większą odległość dane dla N6946-BH1 są mniej dokładne. Obserwacja Andromedy dostarcza mocniejszych dowodów i potwierdza istnienie tych „nieudanych supernowych”.
Poszukiwania trwają: perspektywy na przyszłość
Wykrywanie tych czarnych dziur powstałych w wyniku bezpośredniego zapadnięcia się jest wyzwaniem. Supernowe są łatwe do zauważenia; zaćmiewają całe galaktyki w ciągu kilku tygodni. Zawalenia bezpośrednie są jednak niewidoczne i wymagają dokładnej analizy danych archiwalnych. Odkrycie M31-2014-DS1 pokazuje, ile ukrytych informacji kryje się w istniejących archiwach astronomicznych.
Nadchodzące Obserwatorium Vera Rubin, prowadzące swoje dziesięcioletnie badanie przestrzeni i czasu Legacy, może wykryć znacznie więcej takich zdarzeń. Do tego czasu astronomowie będą nadal badać istniejące dane, mając nadzieję na odnalezienie innych gwiazd, które po cichu popadły w zapomnienie.
„To szokujące, że masywna gwiazda w zasadzie zniknęła (i umarła) bez eksplozji i nikt jej nie zauważył przez ponad pięć lat” – mówi główny autor Kishalai De. „To naprawdę ma konsekwencje dla naszego zrozumienia inwentarza śmierci masywnych gwiazd we Wszechświecie”.
