6 Minutės
Astronomai ilgai tikėjosi, kad masyvios žvaigždės baigia gyvenimą triukšmingai — sprogimu. Vietoje to viena ryškiausių Andromedos supergigantų tiesiog pranyko: tyliai, be fejerverkų. Atradimas primena detektyvinę istoriją: pažįstamas objektas nustojęs elgtis kaip žvaigždė, archyvinės nuotraukos, kurių viena svarbi užuomina buvo paslėpta daugelį metų, ir komanda, kuri sekė silpną pėdsaką iki stulbinančio išvados — žvaigždė, tikėtina, sugriuvo tiesiogiai į juodąją skylę po neįvykusios supernovos.
Pradingimo aktas ir ką atskleidė duomenys
Objektas, kataloguotas kaip M31-2014-DS1, pradėjo savo gyvybę kaip melsvai balta supergigantė, maždaug 13 Saulės masių. Žvelgiant iš Žemės, ji buvo švytinti akutė per 2,5 milijonų šviesmečių tarpą, skiriantį Paukščių Tako ir Andromedos galaktikas. Tada kažkas pasikeitė. Tarp 2014 ir 2016 metų NASA infraraudonųjų spindulių teleskopas NEOWISE užfiksavo maždaug 50 proc. padidėjimą žvaigždės infraraudonosios srities spinduliuotėje — lėtą patižinimą, kuris tęsėsi apie dvejus metus. Po to šviesa staiga nukrito. 2016–2022 metais žvaigždė dramatiškai išblėso, o 2023 metais optiniuose apžvalgų duomenyse ji jau nebuvo matoma.
Tačiau šis pradingimas nebuvo vien tik dulkių klausimas, slepiančių vis dar šviečiančią žvaigždę. Lyginant matavimus per įvairias elektromagnetinio spektro dalis, astronomai nustatė, kad bendras radiacinis išskyrimas (bolometrinė spinduliuotė) sumažėjo bent viena tvarka. Infraraudonoji emisija, kuri geriau prasiskverbia per dulkes nei matoma šviesa, taip pat krito — iki maždaug dešimtadalio ankstesnio vidurinės infraraudonosios srities ryškumo. Trumpai tariant: žvaigždės energijos gamyba nutraukėsi, o ne tik jos matomumas pasikeitė.
Columbijos universiteto mokslininkas Kishalay De, vadovavęs analizei, atradimą apibūdino kaip šoką. Jis ir kolegos naršė viešuosius archyvinius vaizdus ir fotometrinius įrašus — tokį lobyną, kurį kartais ilgus metus apeina akys — ir ištraukė laiko eilę, kuri atitinka retą užbaigimo scenarijų: neįvykusią supernovą, po kurios įvyko tiesioginis žvaigždės šerdies kolapsas į juodąją skylę.
Neįvykusios supernovos fizika: kaip žvaigždė tyliai miršta
Kai masyvi žvaigždė išeikvoja branduolinį kurą savo šerdyje, gravitacija laimi. Tipinėje scenarijaus versijoje šerdies kolapsas paleidžia galingą smūginę bangą, kuri trenkiasi į išorę ir išmeta žvaigždės apvalkalą supernovos sprogime. Tačiau mirštančios šerdies fizika yra sudėtinga ir nepastovi. Kartais į išorę einanti smūginė banga gali pristoti. Jei šiai bangai trūksta energijos, ji niekada neatsieja išorinių sluoksnių; vietoj to, medžiaga atgal nusileidžia ir krenta ant kompaktiško likučio. Rezultatas — silpnas, neįvykęs sprogimas ir naujai gimusi juodoji skylė, tyliai praryjanti krentančias dujas.
Šis „fallback“ (grįžimo) kelias palieka stebimus pėdsakus. Pradinis infraraudonasis paryškėjimas, kurį užfiksavo NEOWISE, dera su dulkėms artimoje aplinkoje susidarymu arba jų perskirstymu — susidaro pereinamoji šilta kokoninė užtamsa, o ne dramatiškas materijos išmetimas į išorę. Tačiau jei tik dulkės būtų atsakingos už optinį išblukimą, vidurinės infraraudonųjų spindulių srities ryškumas išliktų pastovus arba net padidėtų dėl šilumos spinduliavimo. M31-2014-DS1 taip nesielgė: jos bolometrinė (bendra) spinduliuotė staigiai krito, o tai rodo vidinės sintezės sustojimą ir šerdies kolapsą.
Komandos skaičiavimai rodo, kad naujojo kompaktiško objekto masė gali būti arti penkių Saulės masių. Tai reikštų įvykių horizontą, kurio skersmuo būtų maždaug keliasdešimt kilometrų — kosminiais masteliais menkas, bet vis dėlto tikra juodoji skylė. Tokie kompaktiški likučiai mums pažįstami iš rentgeno binarų sistemos stebėjimų ir gravitacinių bangų signalų, tačiau stebėti parent žvaigždės tylų išnykimą suteikia retą galimybę pamatyti vieną iš jų susidarymo kelių realiame laike.
Pasekmės žvaigždžių mirties dažniui ir juodųjų skylių demografijai
Kodėl tai svarbu toliau už vien tik dingstančios žvaigždės keistenybę? Visų pirma tai keičia astronomų žvaigždžių mirties inventorizaciją. Supernovų apžvalgos yra šališkos į dramatinius sprogimus, kurie kelias savaites gali nuslopinti šeimininkių galaktikų šviesą. Jei nereikšminga dalis masyvių žvaigždžių baigia gyvenimą tyliai, įprasti supernovų skaičiavimai neįvertina tikrojo šerdies kolapso dažnio. Tai savo ruožtu pakeičia sunkiųjų elementų gamybos vertinimus, neutroninių žvaigždžių prieš juodąsias skyles gimimo santykį ir net prognozes apie kompaktiškų objektų susiliejimų, kurie generuoja gravitacines bangas, populiaciją.
Yra ir antra priežastis dėl kurios verta susirūpinti. Radus du stiprius kandidatus į neįvykusias supernovas per santykinai trumpą laikotarpį — ankstesnis atvejis užfiksuotas maždaug 2010 m. galaktikoje už ~22 milijonų šviesmečių — kyla spėlionių, kad šis kelias gali būti dažnesnis nei manyta. Kita vertus, tai gali atsispindėti mūsų stebėjimų galimybių ir archyvų išminavimo pagerėjimu: tokie teleskopai kaip NEOWISE ir nuolatinė saugomų duomenų peržiūra suteikia jautrumą pastebėti subtilius laiko pokyčius.
Ekspertų įžvalga
„Anksčiau manyta, kad žvaigždės tokios masės visuomet sprogs,“ sako dr. Elena Márquez, apžvalginė astrofizikė, nedalyvavusi tyrime. „Dabar matome, kad vidinės dinamikos — kaip smūginės bangos, neutrinai ir chaotiškas dujų judėjimas tarpusavyje sąveikauja — gali nulemti visiškai skirtingą pabaigą. Tokie stebėjimai verčia teorikus tikslinti sprogimo modelius ir padeda stebėtojams sukurti paieškas, kurios aptiktų tylų žvaigždžių žūtį.“
Dr. Márquezo pastebėjimas paliudija esmę: teorija ir stebėjimai turi tobulėti kartu. Šerdies kolapso modeliai pasikliauja išsamiomis fizikinėmis sąvokomis esant labai dideliam tankiui ir temperatūrai, ir smulkūs pradinės sąlygos nukrypimai gali lemti labai skirtingus rezultatus. Realių neįvykusių supernovų pavyzdžiai leidžia modeliuotojams patikrinti, ar jų kodai prognozuoja atgalinį kritimą (fallback), silpnus sprogimus ar tiesioginį kolapsą realiomis sąlygomis.
Instrumentacijos požiūriu tokie įvykiai sustiprina plačio lauko infraraudonųjų monitoringų ir ilgalaikių dangaus apžvalgų svarbą. Vidurinės infraraudonosios jautrumas leido NEOWISE komandai pastebėti ankstyvą dulkėtą parašą; ilgalaikės optinės apžvalgos užfiksavo nuoseklų žvaigždės silpnėjimą. Laiko domeno astronomijai tobulėjant, mokslininkai gebės aptikti daugiau šių slapčiausių žvaigždžių pabaigų ir surinkti statistinį mėginį, pakankamai didelį, kad paveiktų žvaigždžių evoliucijos ir juodųjų skylių susidarymo modelius.
Yra ir žmogiškoji dimensija. Įsivaizduokite, jei Betelgezė tiesiog pranyktų. Viešoji reakcija būtų milžiniška. Kol kas šie tylūs išnykimai primena, kad Visata ne visada laikosi mūsų lūkesčių scenarijaus. Jie kviečia mus žvelgti atidžiau, perskaityti archyvus su naujais klausimais ir priimti, kad kosminės pabaigos gali būti tokios pat įvairios ir netikėtos kaip jų pradžios.
Ką dar slepia archyvai? Sužinosime stebėdami kantriai ir klausydamiesi silpniausių žvaigždžių paliktų šnabždesių.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą