Masivne zvijezde oko osam puta masivnije od Sunca eksplodiraju kao supernove na kraju svog života. Eksplozije, koje iza sebe ostavljaju crnu rupu ili neutronsku zvijezdu, toliko su energične da mjesecima mogu nadmašiti galaksije domaćine.
Međutim, čini se da su astronomi uočili masivnu zvijezdu koja je preskočila eksploziju i pretvorila se izravno u crnu rupu.
Zvijezde balansiraju između vanjske sile fuzije i unutarnje sile vlastite gravitacije. Kada masivna zvijezda uđe u svoje posljednje evolucijske faze, počinje joj ponestajati vodika, a njezina fuzija slabi.
Katastrofalni događaj
Vanjska sila iz njezine fuzije više se ne može suprotstaviti snažnoj gravitaciji zvijezde i zvijezda se urušava sama u sebe. Rezultat je eksplozija supernove, katastrofalni događaj koji uništava zvijezdu i za sobom ostavlja crnu rupu ili neutronsku zvijezdu.
Međutim, čini se da ponekad te zvijezde ne uspiju eksplodirati kao supernove i umjesto toga se izravno pretvore u crne rupe.
Novo istraživanje pokazuje kako jedna masivna superdivska zvijezda osiromašena vodikom u galaksiji Andromeda (M31) nije uspjela eksplodirati kao supernova.
Istraživanje je "Nestanak masivne zvijezde označava rođenje crne rupe u M31." Glavni autor je Kishalay De, postdoktorand na Kavli institutu za astrofiziku i istraživanje svemira na MIT-u.
Ove vrste supernova nazivaju se supernove kolapsa jezgre, također poznate kao tip II. Relativno su rijetki, a jedan se dogodi otprilike svakih stotinu godina u Mliječnom putu.
Znanstvenike zanimaju supernove jer su odgovorne za stvaranje mnogih teških elemenata, a njihovi udarni valovi mogu potaknuti stvaranje zvijezda. Oni također stvaraju kozmičke zrake koje mogu doprijeti do Zemlje.
Ovo novo istraživanje pokazuje da možda ne razumijemo supernove tako dobro kao što smo mislili.
Zvijezda o kojoj je riječ nosi ime M31-2014-DS1. Astronomi su 2014. primijetili da posvjetljuje u srednjem infracrvenom (MIR). Tisuću dana njegov je sjaj bio konstantan. Zatim je još tisuću dana između 2016. i 2019. dramatično izblijedio.
To je promjenjiva zvijezda, ali to ne može objasniti ove fluktuacije. Godine 2023. nije otkriven u dubokim optičkim i bliskim IR (NIR) promatranjima slika.
Zvijezda je rođena
Istraživači kažu da je zvijezda rođena s početnom masom od oko 20 zvjezdanih masa i dosegla svoju završnu fazu nuklearnog sagorijevanja s oko 6,7 zvjezdanih masa.
Njihova promatranja sugeriraju da je zvijezda okružena nedavno izbačenom ljuskom prašine, u skladu s eksplozijom supernove, ali nema dokaza o optičkom izbijanju.
"Dramatično i kontinuirano blijeđenje M31-2014-DS1 iznimno je u krajoliku varijabilnosti masivnih, evoluiranih zvijezda", pišu autori.
"Iznenadni pad sjaja u M31-2014-DS1 ukazuje na prestanak nuklearnog gorenja zajedno s kasnijim udarom koji ne uspijeva nadvladati materijal koji je pao."
Eksplozija supernove toliko je snažna da u potpunosti nadvlada materijal koji pada.
"U nedostatku ikakvih dokaza za blještavilo u takvoj blizini, opažanja M31-2014-DS1 govore o potpisima 'neuspješnog' SN-a koji dovodi do kolapsa zvjezdane jezgre", objašnjavaju autori.
Što bi moglo učiniti da zvijezda ne eksplodira kao supernova, čak i ako je prave mase da eksplodira?
Supernove su složeni događaji. Gustoća unutar jezgre koja se urušava toliko je ekstremna da su elektroni prisiljeni kombinirati se s protonima, stvarajući i neutrone i neutrine. Taj se proces naziva neutronizacija i stvara snažan nalet neutrina koji nosi oko 10% energije mase mirovanja zvijezde. Izbijanje se naziva neutrinski šok.
Neutrini su dobili svoje ime po činjenici da su električki neutralni i rijetko stupaju u interakciju s običnom materijom. Svake sekunde oko 400 milijardi neutrina s našeg Sunca prođe kroz svaku osobu na Zemlji.
Ali u gustoj zvjezdanoj jezgri, gustoća neutrina je toliko ekstremna da neki od njih svoju energiju odlažu u okolni zvjezdani materijal. Ovo zagrijava materijal, koji stvara udarni val.
Neutrinski udar uvijek zastane, ali ponekad oživi. Kada oživi, izaziva eksploziju i izbacuje vanjski sloj supernove. Ako se ne oživi, udarni val propada, a zvijezda kolabira i stvara crnu rupu.
Istraživači otkrili ogromnu količinu materijala
U M31-2014-DS1, neutrinski udar nije oživljen. Istraživači su uspjeli ograničiti količinu materijala koju je izbacila zvijezda, a bila je daleko ispod one koju bi izbacila supernova.
"Ova ograničenja impliciraju da je većina zvjezdanog materijala (?5 solarne mase) kolabirala u jezgru, premašujući maksimalnu masu neutronske zvijezde (NS) i formirajući BH", zaključuju.
Oko 98% mase zvijezde kolabiralo je i stvorilo crnu rupu s oko 6,5 solarnih masa.
M31-2014-DS1 nije jedina neuspjela supernova ili kandidat za neuspjelu supernovu koju su astronomi pronašli. Teško ih je uočiti jer ih karakterizira ono što se ne događa, a ne ono što se događa. Supernovu je teško promašiti jer je jako sjajna i iznenada se pojavljuje na nebu. Drevni astronomi zabilježili su ih nekoliko.
Godine 2009. astronomi su otkrili još jedinu potvrđenu neuspješnu supernovu. Bila je to superdivovska crvena zvijezda u NGC 6946, "galaksiji Vatromet". Zove se N6946-BH1 i ima oko 25 solarnih masa.
Nakon što je nestao iz vidokruga, ostavio je samo slabašan infracrveni sjaj. U 2009. njegov sjaj se povećao na milijun sunčevih sjaja, ali je do 2015. nestao u optičkom svjetlu.
Istraživanje s velikim binokularnim teleskopom pratilo je 27 obližnjih galaksija, tražeći masivne zvijezde koje nestaju. Rezultati pokazuju da između 20% i 30% masivnih zvijezda može završiti svoj život kao neuspješne supernove. Međutim, M31-2014-DS1 i N6946-BH1 jedina su potvrđena opažanja.
