Jedna z nejjasnějších hvězd v Andromedě byla po mnoho let pozorována. Poté náhle zmizela – bez exploze, bez supernovy. To, co výzkumníci odhalili, zpochybňuje desetileté předpoklady.
V případě hvězd s mnohem větší hmotností než naše Slunce, po vyčerpání jejich nukleárních rezerv, jádro neodvratně kolabuje do černé díry. Při tom tento umírající hvězdný objekt vyvrhuje své vnější vrstvy do vesmíru a jasně září jako supernova – tak říkají konvenční teorie.
Naštěstí to však není vždy pravidlem: Některé hvězdy umírají tiše, bez supernovy, jak ukazují nové pozorování výzkumného týmu ze Spojených států. Jedna z nejjasnějších hvězd v Andromedě zmizela a veškeré znaky naznačují, že se stala černou dírou, jak vědci uvádějí v odborném časopise „Science“.
„To je pravděpodobně nejpřekvapivější objev mé kariéry,“ říká Kishalay De z Kolumbijské univerzity v New Yorku. V archivních datech vesmírného teleskopu Neowise jeho tým nalezl jasného obřího hvězdného objektu v Andromedě, který je vzdálený 2,5 milionu světelných let. Ten se v roce 2014 nejdříve pomalu zesvětlil, ale po třech letech jeho jasnost náhle dramaticky poklesla a M31-2014-DS1, jak zní katalogové číslo hvězdy, již nebyl v záběrech z Neowise vidět.
M31-2014-DS1 původně vážil přibližně 13krát více než naše Slunce, odhaduje tým vědců. Během své existence hvězda vypouštěla značné množství plynu z povrchu jako „hvězdný vítr“, což mělo za následek, že nakonec vážila jen přibližně pět slunečních hmotností. „Hvězdy této hmotnosti by měly explodovat jako supernova – to jsme alespoň po dlouhou dobu předpokládali,“ vysvětluje De. Z tohoto důvodu je zmizení hvězdy bez exploze neobvyklé: zdá se, že hvězdy mohou kolabovat do černé díry i bez supernovy.
Jak ale je to možné? Jakmile hvězdy produkují energii prostřednictvím jaderné fúze, tlak záření vyrovnává jejich obrovskou hmotnost. Když zásoby energie vyčerpají, gravitace přebírá vedení a hvězda se hroutí. Při kolapsu hmoty jádra hvězdy vzniká druh zpětného rázu, takzvaná šoková vlna, která se šíří ven a vyvolává tak explozivní supernovu.
Ale jak často bývá, obvykle se v detailních aspektech skrývá to, co tvoří problém. Jak ukázala teoretická zkoumání před více než padesáti lety, taková šoková vlna může rychle ztratit energii ve vnějších vrstvách hvězdy a zablokovat se. Aby se opět rozpohybovala, potřebuje nový impuls, který přichází z extrémně lehkých elementárních částic vznikajících při jaderných procesech: neutriny. Při kolapsu hvězdy vznikají obrovské množství těchto částic.
Neutrinová exploze
Odhaduje se, že neutriny dokonce přenášejí 99 procent energie, která se uvolňuje při vzniku černé díry. Některou z této energie mohou neutriny rovněž předat zpomalující se šokové vlně, a tím jí dodat nový impulz a vyvolat supernovu.
Ale zda tento impuls poskytnutý neutriny stačí k tomu, aby vedl ke supernově, závisí na mnoha jednotlivých faktorech, jako jsou hustota plynu a pohyb vnějších vrstev hvězdy. Proto astronomové dosud nebyli jisti, zda všechny hmotné hvězdy končí v supernově, nebo některé mohou zemřít tiše, přičemž vyvržené vnější vrstvy se nakonec vrátí do vznikající černé díry.
Kromě toho astronomové pozorují pouze přibližně polovinu hvězdných explozí, které by na základě modelů vývoje hvězd měly být očekávány. Může to mít různá další vysvětlení – mnohé supernovy mohou být skryté za hustými mraky plynu a prachu. Dosud však chybělo přímé pozorování tiše vznikající černé díry.
„Najít supernovy je snadné, protože září týdny jasněji než celá galaxie,“ vysvětluje De. „Naopak, vystopovat hvězdu, která zmizí bez exploze, je neuvěřitelně obtížné.“ Proto je objev M31-2014-DS1 pro astrofyziky velmi významný.
Ačkoli hvězda zmizela z pohledu Neowise, De a jeho tým dokázali za pomoci velkých teleskopů na Zemi a Hubbleova teleskopu zachytit slabé infračervené záření. Když vyvržený plyn padá zpět do černé díry, zahřívá se a ohřívá okolní prach. A zahřátý prach vydává právě takové infračervené záření.
Vědci odhadují, že potrvá několik desetiletí, než tento plyn zcela zmizí v černé díře. Na základě záření přijatého v této době doufají De a jeho kolegové, že získají další informace o černé díře. A nyní, když astronomové vědí, po jakých znacích se mají dívat, doufají také v objev dalších hvězd, které kolabují do černých děr bez exploze.
