Előfordul, hogy egy nagy tömegű csillag egyszerűen fekete lyukká omlik össze – anélkül, hogy szupernóvaként felrobbanna.

Művészi illusztráció a VFTS 243 jelű kettős rendszerről, amely a Tarantula-ködben található a Nagy Magellán-felhőben. A képen látható égitestek nem méretarányosak: a valóságban a kék-fehér csillag körülbelül 200 ezerszer nagyobb, mint a fekete lyuk. A fekete lyuk körül látható lencsehatás csak illusztráció, hogy a sötét égitest könnyebben észrevehető legyen a képen. (ESO / L. Calçada)

Egy nemzetközi csillagászcsoport felfedezett egy fekete lyukat, amely a szokásos szupernóva-robbanás nélkül alakulhatott ki. Vizsgálatukkal segítettek alátámasztani egy régóta fennálló elméletet, miszerint ez a folyamat lehet felelős bizonyos csillagok eltűnéséért.

Amikor egy nagy tömegű csillag eléri élete végét, többnyire kataklizmikus tűzijátékban tör ki. Ezek a szupernóvák annyira fényesek is lehetnek, hogy egy időre egy teljes galaxis fényességével vetekednek – néhány másodperc alatt annyi energiát szabadítanak fel, mint a Nap több milliárd éves élete során.

Vajon az összes nagy tömegű csillagra ilyen robbanás vár? Alejandro Vigna-Gómez (Max Planck Institute for Astrophysics) és munkatársai egy kettős rendszert figyeltek meg a Nagy Magellán-felhőben: a VFTS 243-at. „Ez a rendszer nagyon figyelemre méltó.” – mondja Vigna-Gómez. Egy átlagos csillag található benne, amelynek tömege 25-szöröse a Napénak, és olyan fekete lyuk társul hozzá, amely 10 naptömeggel bír. A kutatók a Physical Review Letters hasábjain számoltak be a vizsgálatuk eredményeiről.

Pillanatkép egy szupernóva-robbanás háromdimenziós szimulációjából (nem ebből a tanulmányból). A képen konvektív mozgásokat látunk egy összeomló csillagon belül, amely 11,2-szer nagyobb tömegű, mint a Nap. A neutrínók felszabadulása felmelegíti az anyagot, amely gomba alakú feláramlásokban tágul. (Tamborra et al. / August 2014 Physical Review D)

Amikor egy csillag szupernóva-robbanás során elpusztul, az anyag aszimmetrikusan lökődik ki belőle. Ez a lökés útnak indítja az űrben a csillagmaradványt. A csillagászok sok olyan neutroncsillagot ismernek, amely ilyen módon gyorsult fel. A VTFS 243 jelű rendszer két égitestje azonban szinte tökéletes kör alakú pályán kering egymás körül. Ha a fekete lyuk kapott is egy lökést a kialakulásakor, az nagyon kis energiájú lehetett.

A kutatók modellezték a fekete lyuk kialakulását. „A csillagösszeomlás fejlett numerikus modelljeit kombináltuk a kettős rendszerekben létrejövő szupernóvákkal kapcsolatos ismeretekkel, így betekintést nyertünk a teljes összeomlási folyamatba.” – mondja Vigna-Gómez.

A kutatás során kiderült, hogy a neutrínók fontos szerepet játszanak a folyamatban. „Első alkalommal juthattunk arra a következtetésre, hogy a neutrínókibocsátás szinte azonos volt minden irányban, amikor az elődcsillag összeomlott, és fekete lyukká vált.” – mondja a kutatócsoport tagja, Daniel Kresse (Max Planck Institute for Astrophysics). Tehát ha nincs aszimmetria, nincs lökés sem.

A kutatók szerint az elődcsillag, amikor a sűrű magja összeomlott, valójában nagyon kis mennyiségű anyagot veszített csak el: legfeljebb egyharmad naptömegnyit. Ahelyett, hogy a külső rétegeit szupernóva-robbanás formájában ledobta volna, az összeomlás elsődlegesen neutrínók szimmetrikus kibocsátása révén szabadította fel az energiát. Az így kialakult fekete lyukat pedig a lökés csupán 4 kilométeres másodpercenkénti sebességre gyorsította fel.

Az újszülött neutroncsillagok (amelyek szintén magösszeomlással keletkeztek) ezzel szemben több száz kilométeres másodpercenkénti sebességre gyorsulnak fel az aszimmetrikus lökéstől, sőt vannak olyanok is, amelyek az 1000 kilométer/másodperc sebességet is átlépik. A kutatók szerint a VFTS 243-ra vonatkozó eredmények bizonyítják, hogy nagy tömegű fekete lyukak szupernóva-robbanás nélkül is létrejöhetnek.

„Ez az eset elég meggyőzőnek tűnik.” – mondja Christopher Kochanek (Ohio State University), aki nem vett részt a kutatásban. Azonban egy lehetséges alternatívát is felvet: ha a két égitest a szupernóva-robbanás előtt elliptikus pályán haladt, akkor jelentős aszimmetrikus tömegvesztés következhetett be, amelynek lökése körkörös pályára állíthatta őket.

Bár a kérdés még nem dőlt el, egy régi csillagászati rejtélyt oldhat meg, ha kiderül, hogy fekete lyukak direkt összeomlás révén is létrejöhetnek. A VASCO projekthez hasonló korábbi erőfeszítések során több ezer olyan csillagot azonosítottak, amelyek az elmúlt 70 év égboltfelmérő programjainak adataiban nem látszanak. Ezek némelyike talán közvetlenül vált fekete lyukká, szupernóva-robbanás nélkül – ez megmagyarázná az eltűnésüket. Azokat a teljesen összeomlott fekete lyukakat azonban, amelyek a VFTS 243-mal ellentétben nem kettős rendszer részei, már sokkal nehezebb lenne megtalálni.

Forrás: Sky & Telescope