Pod koniec życia masywnej gwiazdy dochodzi do gwałtownego załamania równowagi między siłą grawitacji ściskającą obiekt i ciśnieniem gorącej plazmy, próbującym go rozepchnąć. Następuje wtedy nagły kolaps i odbicie części materii, co obserwujemy, jako rozbłysk supernowej. W samym centrum tego piekła dochodzi do narodzin gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury.
To najbardziej klasyczna, ale najpewniej niejedyna ścieżka prowadząca do powstawania czarnych dziur o rodowodzie gwiazdowym. Astrofizycy z Instytutu Maxa Plancka w Monachium oraz Uniwersytetu w Kopenhadze uprawdopodobnili scenariusz, w którym olbrzymia gwiazda może zapaść się pod własnym ciężarem i zniknąć niemal po cichu.
Inspiracją dla tych badań są rzadkie przypadki obserwacji bardzo masywnych i jasnych obiektów – spełniających wszelkie warunki, aby rozbłysnąć jako supernowa – które po prostu zgasły. Bez śladów spodziewanego wybuchu.
Zdaniem zespołu Alejandro Vigna-Gómeza, skutki takiego zjawiska można znaleźć w układzie VFTS 243 w Wielkim Obłoku Magellana. Tworzy go duża niebieska gwiazda ciągu głównego o masie 25 Słońc, powiązana grawitacyjnie z czarną dziurą o masie 10 Słońc.
Zazwyczaj tego typu systemy zawierają charakterystyczne ślady, świadczące o gwałtownej erupcji energii. W czasie wybuchu supernowej część gwiezdnej materii zostaje wyrzucona w przestrzeń z prędkością tysięcy kilometrów na sekundę. Zwykle nie jest to proces całkowicie symetryczny, co widać po odkształceniach orbit oraz wpływie na ruch nowopowstałego pulsara lub czarnej dziury (astrofizycy posługują się jakże uroczym sformułowaniem natal kick – kopnięcie urodzinowe).
W przypadku VFTS 243 wszystko wygląda tak, jakby śmierć gwiazdy przebiegła w sposób nadzwyczaj spokojny. Orbity ciał pozostały niemal doskonale kołowe, a charakterystyczne “kopnięcie” nowej czarnej dziury wyniosło skromne 4 km/s. Vigna-Gómez i jego koledzy uważają, że to pierwszy udokumentowany przykład obiektu powstałego wskutek grawitacyjnego kolapsu, ale bez eksplozji supernowej. Analogiczny proces mógłby odpowiadać za tajemnicze, nagłe znikanie niektórych jasnych gwiazd.
Gdyby ktoś wpatrywał się w widoczną gwiazdę przechodzącą całkowite zapadnięcie, mógłby zobaczyć, jak gwiazda nagle gaśnie i znika z nieba. Zapadnięcie jest tak całkowite, że nie następuje żadna eksplozja, nic nie ucieka i nie widać na nocnym niebie żadnej jasnej supernowej. (…) VFTS 243 to najlepszy zaobserwowany dotąd przypadek teorii gwiezdnych czarnych dziur powstałych w wyniku całkowitego zapadnięcia, gdzie nie dochodzi do wybuchu supernowej i który, jak wykazały nasze modele, jest możliwy.
Alejandro Vigna-Gómez
Niedocenionym czynnikiem odgrywającym istotną rolę w tym mechanizmie, może być wyrzut neutrin. W publikacji czytamy, że podczas śmierci VFTS 243 około 0,3 masy Słońca (sto tysięcy mas Ziemi) wyciekło wyłącznie pod postacią słabo oddziałujących neutrin. Taka emisja przypuszczalnie zmienia dynamikę kolapsu, pozwala na wytracenie części energii i ostatecznie zapobiega efektownej eksplozji. Kolejne badania zostaną skoncentrowane właśnie na tym aspekcie.
Artykuł Constraints on Neutrino Natal Kicks from Black-Hole Binary VFTS 243 został opublikowany w Physical Review Letters. Opracowanie tematu znajdziecie także na stronie Uniwersytetu Kopenhaskiego.
