Майже півстоліття вчені підписалися на теорію, що коли зірка закінчиться своїм життєвим циклом, вона зазнає гравітаційного колапсу. На даний момент, якщо припустити достатню масу, цей колапс спровокує утворення чорної діри. Знати, коли і як утвориться чорна діра, давно вже щось шукали астрономи.
А чому ні? Бути в змозі стати свідком утворення чорної діри було б не лише дивовижною подією, але й призвело б до скарбниці наукових відкриттів. Відповідно до недавнього дослідження команди дослідників з Університету штату Огайо в Колумбусі, ми, можливо, нарешті зробили саме це.
Дослідницьку групу очолив Крістофер Кочанек, професор астрономії та видатний науковий співробітник штату Огайо. Використовуючи зображення великого бінокулярного телескопа (LBT) та космічного телескопа Хаббла (HST), він та його колеги провели ряд спостережень над червоною зіркою супергігант на ім'я N6946-BH1.
Щоб зруйнувати процес формування чорних дір вниз, згідно з нашим сучасним розумінням життєвих циклів зірок, чорна діра утворюється після того, як дуже велика зірка зазнає наднової. Це починається, коли зірка вичерпала запас палива, а потім зазнає раптової втрати маси, де проливається зовнішня оболонка зірки, залишаючи після себе залишку нейтронної зірки.
Після цього електрони приєднуються до відкинутих іонів водню, що призводить до яскравого спалаху. Коли злиття водню припиняється, зоряний залишок починає охолоджуватися і в’янути; і врешті решта матеріалу конденсується, утворюючи чорну діру.
Однак в останні роки кілька астрономів припускають, що в деяких випадках зірки зазнають невдалої наднової. У цьому випадку дуже велика зірка закінчує свій життєвий цикл, перетворюючись у чорну діру, не маючи попереднього звичайного масового сплеску енергії.
Як зазначила команда штату Огайо у своєму дослідженні під назвою «Пошук невдалої наднової за допомогою великого бінокулярного телескопа: підтвердження зникаючої зірки» - це може бути те, що трапилося з N6946-BH1, червоним надгігантом, що в 25 разів перевищує масу нашого Сонце розташоване за 20 мільйонів світлових років від Землі.
Користуючись інформацією, отриманою за допомогою LBT, команда зазначила, що N6946-BH1 показала деякі цікаві зміни у своїй світимості між 2009 та 2015 роками - коли було зроблено два роздільних спостереження. У зображеннях 2009 року N6946-BH1 постає яскравою ізольованою зіркою. Це відповідало архівним даним, отриманим HST ще у 2007 році.
Однак дані, отримані LBT у 2015 році, показали, що зірка більше не видно на видимій довжині хвилі, що також було підтверджено даними Хаббла того ж року. Дані LBT також показали, що протягом декількох місяців протягом 2009 року зірка переживала короткий, але інтенсивний спалах, коли вона стала в мільйон разів яскравішою, ніж наше Сонце, а потім неухильно згасала.
Вони також проконсультували дані опитування на заводі Palomar Transit Factory (PTF) для порівняння, а також спостереження Рона Арбора (британського астронома-аматора та мисливця на сверхнових). В обох випадках спостереження показали докази спалаху протягом короткого періоду в 2009 році з наступним постійним згасанням.
Зрештою, ця інформація відповідала невдалої моделі супернових-чорних дір. Як повідомив проф. Кочанек, провідний автор роботи групи, - розповів Space Magazine електронною поштою:
«У картині формування невдалої супернової / чорної діри цієї події перехідний момент визначається невдалою суперновою. Зірка, яку ми бачимо перед подією, - це червоний надгігант, тож у вас є компактне ядро (розміром ~ ~ земля) з оболонки, що спалює водень, а потім величезна, пухнаста розширена оболонка здебільшого водню, яка може поширюватися на шкалу Юпітера орбіта. Цей конверт дуже слабко прив’язаний до зірки. Коли ядро зірки руйнується, гравітаційна маса падає на кілька десятих частин маси Сонця через енергію, яку забирають нейтрино. Цього падіння сили тяжіння зірки достатньо, щоб послабити слабку ударну хвилю через пухнастий конверт, який посилає її відпливнути. Це дає прохолодний низький рівень освітленості (порівняно з надновою, приблизно в мільйон разів більший від освітленості Сонця), тимчасовий, який триває близько року і живиться енергією рекомбінації. Усі атоми в пухнастій оболонці були іонізовані - електрони, не пов'язані з атомами, - коли викинута оболонка розширюється та охолоджується, електрони знову приєднуються до атомів, що вивільняє енергію для живлення перехідного. Те, що ми бачимо в даних, відповідає цій картині ».
Природно, команда розглядала всі наявні можливості пояснити раптове «зникнення» зірки. Це включало ймовірність того, що зірка була оповита стільки пилу, що її оптичне / УФ світло поглиналося та повторно випромінювалося. Але, як вони з’ясували, це не відповідало їхнім спостереженням.
"Суть полягає в тому, що жодна модель, яка використовує пил для приховування зірки, справді не працює, тому, здавалося б, що б там не було зараз, воно має бути набагато менш світлим, ніж ті, що існували раніше". Кочанек пояснив. "У контексті невдалої моделі супернової залишкове світло відповідає запізнілому згасанню викидів від матеріалу, що накопичується на новоутвореній чорній дірі".
Звичайно, потрібні подальші спостереження, перш ніж ми зможемо дізнатися, чи так це було. Це, швидше за все, стосуватиметься ІК та рентгенівських місій, таких як космічний телескоп Спітцер та рентгенівська обсерваторія Чандра, або один із багатьох космічних телескопів нового покоління, які будуть розгорнуті в найближчі роки.
Крім того, Кочанек та його колеги сподіваються продовжити моніторинг можливої чорної діри за допомогою ЛБТ та повторно відвідати об’єкт із ЗНТ приблизно через рік. "Якщо це правда, нам слід продовжувати бачити, як об'єкт з часом зникає", - сказав він.
Потрібно говорити, що якщо це правда, це відкриття було б небаченою подією в історії астрономії. І звістка, безумовно, отримала свою частку хвилювання від наукового співтовариства. Як Аві Лоб - професор астрономії Гарвардського університету, - висловився Space Magazine електронною поштою:
«Оголошення про потенційне відкриття зірки, яка обвалилася, щоб зробити чорну діру, дуже цікава. Якщо це правда, це буде перший прямий огляд пологової кімнати чорної діри. Картина дещо безладна (як і будь-яка приймальня), з невизначеностями щодо властивостей дитини, яка була доставлена. Спосіб підтвердити, що народилася чорна діра, - це виявити рентген.
«Ми знаємо, що чорні діри зоряної маси існують останнім часом завдяки виявленню гравітаційних хвиль від їх злиття командою LIGO. Майже вісімдесят років тому Роберт Оппенгеймер та його співробітники прогнозували, що масивні зірки можуть обвалитися до чорних дір. Зараз ми можемо мати перші прямі докази того, що процес насправді відбувається в природі.
Але звичайно, ми повинні нагадати собі, що, враховуючи його відстань, те, про що ми могли бути свідками N6946-BH1, сталося 20 мільйонів років тому. Тож з точки зору цієї потенційної чорної діри її формування - це стара новина. Але для нас це може бути одним із найреволюційніших спостережень в історії астрономії.
Настільки ж, як простір і час, значення відносно спостерігача!
