Jak gwieździe udało się przetrwać spotkanie z supermasywną czarną dziurą

Astronomowie zarejestrowali sygnał pochodzący od gwiazdy, która zbliżyła się do supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki i przetrwała to spotkanie. To pierwsze tego typu odkrycie. Naukowcy liczą na kontynuację nietypowego zachowania gwiazdy.

Spotkanie z supermasywną czarną dziurą

.Jak przypominają badacze z Uniwersytetu w Tel Awiwie, w centrum każdej dużej galaktyki znajduje się czarna dziura o masie od milionów do miliardów razy większej niż masa Słońca. Taka supermasywna czarna dziura istnieje również w Drodze Mlecznej – jej odkrycie zostało uhonorowane Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 2020 roku. Obiekty te są trudne do badania, ponieważ nie wydobywa się z nich nawet światło. 

Jedną ze stosowanych metod jest więc obserwacja tego, w jaki sposób czarna dziura wpływa na otoczenie. Jeśli chodzi o supermasywne czarne dziury, to obserwuje się gwiazdy, które raz na 10 tysięcy – 100 tysięcy lat zbliżają się do takiego olbrzymiego obiektu. Wtedy, jak wskazują modele, gwiazda zostaje zwykle rozerwana – połowa zostaje pochłonięta przez czarną dziurę, a połowa wyrzucona w przestrzeń.

Materia gwiazdy opada na czarną dziurę po spiralnej drodze, podobnie jak woda spływająca do odpływu w wannie. 

W przypadku czarnych dziur prędkość wirującej materii zbliża się jednak do prędkości światła, przez co zostaje ona silnie rozgrzana i zaczyna intensywnie promieniować. 

Taka gwiazda – mówiąc w przybliżeniu – „oświetla” więc czarną dziurę przez kilka tygodni lub miesięcy, dając astronomom krótką okazję do zbadania jej właściwości.

Gwiazda, która przetrwała

.Tego typu zjawisko, oznaczone 2022dbl, było jednak wyjątkowe – dokładnie w tym samym miejscu naukowcy zaobserwowali podobny błysk dwa razy, w odstępie zaledwie dwóch lat.

Według naukowców pozwala to sądzić, że przynajmniej pierwszy rozbłysk był wynikiem częściowego rozerwania gwiazdy, z której duża część przetrwała i powróciła, aby zbliżyć się do czarnej dziury ponownie, w niemal identyczny sposób. 

Jak obrazowo tłumaczą badacze, rozbłysk oznaczał więc raczej „przekąskę” dla supermasywnej czarnej dziury, niż „posiłek”.

Naukowcy liczą na kontynuację tej historii.

„Jeśli zobaczymy trzeci rozbłysk – oznacza to, że drugi również był tylko częściowym rozerwaniem gwiazdy. Być może więc wszystkie takie rozbłyski, które od dekady staramy się zrozumieć jako pełne rozerwania gwiazd, wcale nie są tym, za co je uważaliśmy, a spotkanie z supermasywną czarną dziurą gwiazdy mogę przetrwać” – mówi prof. Iair Arcavi, autor publikacji, która ukazała się w piśmie „Astrophysical Journal Letters”.

Jeśli trzeci rozbłysk się nie pojawi – można założyć, że już drugi mógł wskazywać na pełne rozerwanie gwiazdy. To z kolei sugeruje, że częściowe i pełne rozerwania wyglądają niemal identycznie – co jeszcze przed tym odkryciem zostało przewidziane przez zespół prof. Tsvi Pirana z Uniwersytetu Hebrajskiego.

„Tak czy inaczej będziemy musieli na nowo zinterpretować te rozbłyski i to, czego mogą nas nauczyć o potworach czających się w centrach galaktyk” – dodaje badacz. 

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy” – cały artykuł [LINK]

Marek Matacz/PAP/eg