Dosad se pretpostavljalo da kad crna rupa zarobi zvijezdu, to znači i njezin kraj, no znanstvenici sad imaju model koji sugerira da to ne mora uvijek biti tako, već da zvijezda može preživjeti taj susret, pritom gubeći dio svojeg omotača, što rezultira jakim svjetlom koje onda zemaljski teleskopi i opservatoriji mogu otkriti.
Kozmički događaj u kojem supermasivna crna rupa uništava zvijezdu, nakon čega se pokreće blještava akrecijska baklja (milijardama puta svjetlija od našeg Sunca) poznat je kao događaj plimnog poremećaja. Znanstvenici predviđaju se da se ti događaji pojavljuju otprilike jednom svakih 10.000 do 100.000 godina u određenoj galaksiji.
Novi model
Međunarodni tim fizičara sad je predložio model za ponavljajući djelomični plimni poremećaj. Njihova otkrića, objavljena u časopisu Astrophysical Journal Letters, opisuju hvatanje zvijezde od strane supermasivne crne rupe, skidanje materijala svaki put kada se zvijezda približi crnoj rupi i kašnjenje između trenutka kada je materijal ogoljen i kad propada u crnu rupu. Riječ je o radu tima koji je prvi razvio i koristio detaljan model ponavljajućeg parcijalnog plimnog poremećaja za objašnjenje opažanja, predviđanje orbitalnih svojstava zvijezde u udaljenoj galaksiji i razumijevanje tog procesa općenito.
Spomenuti tim znanstvenika, među kojima su suradnik Europskog južnog opservatorija i glavni autor studije Thomas Wevers, docent fizike na Sveučilištu Syracuse i koautor studije Eric Coughlin te Dheeraj R. "DJ" Pashama, istraživač na Institutu Kavli za astrofiziku i istraživanje svemira MIT-a, promatrao je plimni poremećaj poznat kao AT2018fyk. U tom događaju zvijezdu je zarobila supermasivna crna rupa kroz proces razmjene poznat kao "Hills capture", gdje je zvijezda izvorno bila dio binarnog sustava (dvije zvijezde koje kruže jedna oko druge pod utjecajem međusobnog gravitacijskog privlačenja), koji je pak bio rastrgan gravitacijskim poljem crne rupe. Nezarobljena zvijezda tog binarnog sustava izbačena je iz središta galaksije pri brzinama usporedivim od otprilike 1000 km/s, što je čini takozvanom hiperbrzom zvijezdom.
Rušenje dosadašnjih pretpostavki o susretu zvijezda s crnim rupama
S druge strane, zarobljena zvijezda više je puta izgubila svoju vanjsku ovojnicu, svaki put kada bi se najviše približila toj supermasivnoj crnoj rupi. Ogoljeni vanjski slojevi zvijezde čine svijetli akrecijski disk, koji istraživači mogu proučavati pomoću x-zraka i ultraljubičastih/optičkih teleskopa koji promatraju svjetlost iz dalekih galaksija.
Mogućnost proučavanja djelomičnog plimnog poremećaja daje uvid bez presedana u postojanje supermasivnih crnih rupa i orbitalnu dinamiku zvijezda u središtima galaksija, ističe Wevers.
Dosad je pretpostavka bila da će, kada vidimo posljedice bliskog susreta između zvijezde i supermasivne crne rupe, ishod biti koban za zvijezdu, odnosno da će zvijezda biti potpuno uništena. Ali suprotno svim drugim plimnim poremećajima za koje znamo, kada smo nekoliko godina kasnije ponovno usmjerili naše teleskope na istu lokaciju, otkrili smo da je zvijezda ponovno zasvijetlila. To nas je dovelo do pretpostavke da umjesto da bude koban, dio zvijezde je preživio početni susret i vratio se na istu lokaciju kako bi još jednom bio ogoljen od materijala, objašnjavajući fazu ponovnog osvjetljenja, kaže on.
Povijest otkrića
Prvi put otkriven 2018. godine, AT2018fyk je u početku percipiran kao uobičajeni plimni poremećaj. Otprilike 600 dana izvor je ostao svijetao na rendgenskoj snimci, ali je onda naglo potamnio i nije ga bilo moguće detektirati. Nije odmah bilo jasno što je uzrokovalo strmoglavi pad luminoznosti AT2018fyk jer se plimni poremećaji obično glatko i postupno smanjuju u svojoj emisiji. No, oko 600 dana nakon pada svjetlosti otkriveno je da izvor ponovno rendgenski svijetli. To je navelo istraživače na pretpostavku da je zvijezda prvi put preživjela bliski susret sa supermasivnom crnom rupom i da je bila u orbiti oko crne rupe.
Koristeći detaljno modeliranje, rezultati studije sugeriraju da je orbitalni period zvijezde oko crne rupe otprilike 1200 dana te da je potrebno približno 600 dana da se materijal koji je izbačen sa zvijezde vrati u crnu rupu i počne nakupljati. Njihov model također je ograničio veličinu snimljene zvijezde, za koju vjeruju da je otprilike veličine našeg Sunca.
Kako zvijezda može preživjeti susret sa smrću?
Pravo pitanje koje se ovdje nameće zapravo glasi: kako bi zvijezda mogla preživjeti dodir sa smrću? Odgovor se svodi na blizinu i putanju.
Ako bi se zvijezda direktno sudarila s crnom rupom i prošla horizont događaja, prag na kojem brzina potrebna za bijeg iz crne rupe premašuje brzinu svjetlosti, crna rupa jednostavno bi progutala zvijezdu. Kad bi zvijezda prošla vrlo blizu crne rupe i prešla takozvani "plimni polumjer", gdje je plimna sila rupe jača od gravitacijske sile koja drži zvijezdu na okupu, ta bi se zvijezda potpuno raspala. No, u modelu koji su predložili spomenuti znanstvenici orbita zvijezde doseže točku najbližeg približavanja koja je neposredno izvan polumjera plime, ali ga ne prelazi u potpunosti. Rezultat toga je da je nešto materijala na površini zvijezde crna rupa ogoljela, ali da je materijal u središtu zvijezde ostao netaknut.
Coughlin objašnjava da je tim procijenio da se između 1 i 10 posto mase zvijezde gubi svaki put kada prođe tik uz crnu rupu.
Ako je gubitak mase samo na razini od jedan posto, tada očekujemo da će zvijezda preživjeti još mnogo susreta, dok ako je bliži 10 posto, zvijezda je možda već uništena, napominje Coughlin.
Nova promatranja i predviđanja
Kako bi testirali svoja predviđanja, znanstvenici će u narednim godinama promatrati isti izvor. Na temelju vlastitog modela fizičari predviđaju da će AT2018fyk naglo nestati oko ožujka 2023. godine i ponovno zasvijetliti kada se svježe ogoljeni materijal nakupi na crnoj rupi 2025. godine.
Autori studije kažu da njihov model također daje nekoliko testiranih predviđanja o procesu plimnog poremećaja, a uz više promatranja sustava poput AT2018fyk, trebao bi dati uvid u fiziku događaja djelomičnog plimnog poremećaja i ekstremnih okruženja supermasivnih crnih rupa.
Ako razmislite o tome, prilično je nevjerojatno da mi na Zemlji možemo uskladiti svoje teleskope s crnim rupama udaljenim milijunima svjetlosnih godina kako bismo razumjeli kako se hrane i rastu, rekao je Pasham.
Izvor: EurekAlert
