Tego szukaliśmy! To brakujące ogniwo między gwiazdą a czarną dziurą

Masywne gwiazdy przepalają zgromadzone w sobie olbrzymie ilości materii niezwykle szybko. Podczas gdy gwiazdy o rozmiarach i masie Słońca żyją około dziesięciu miliardów lat, naprawdę masywne gwiazdy od narodzin do śmierci istnieją zaledwie od kilku do kilkudziesięciu milionów lat. Co jednak ciekawe, choć żyją krótko, to odchodzą z tego (wszechświata) w sposób iście gwiazdorski. Przez jeden moment eksplozji supernowej, gwiazda jest w stanie świecić silniej niż cała galaktyka, w której się znajduje. Od dawna wiadomo, że w momencie eksplozji gwiazda jest rozszarpywana na strzępy, a zewnętrzne warstwy gwiazdy uciekają z ogromną prędkością w przestrzeń kosmiczną, tworząc tzw. pozostałość po supernowej. Po samym jądrze eksplodującej gwiazdy pozostaje natomiast niezwykle gęste, kompaktowe jądro. Od dawna wiadomo także, że w zależności od masy eksplodującej gwiazdy, owo jądro zapada się albo w gwiazdę neutronową, albo w czarną dziurę. Ten łańcuch wydarzeń znany jest już od wielu lat. Co więcej, badaczom udało się w ten sposób odkryć np. gwiazdę neutronową w Mgławicy Krab, która właśnie jest pozostałością po eksplozji masywnej gwiazdy. Problem jednak w tym, że jak dotąd zawsze mogliśmy domniemywać związku między gwiazdą neutronową a materią, która mogła stanowić pozostałość po supernowej. Nigdy dotąd nie udawało się odkryć młodego obiektu kompaktowego tuż po eksplozji, w której mógłby on powstać.

Czytaj także: Supernowa rozjaśniła niebo. Astronomowie zaobserwowali wybuch niewyobrażalnie szybko

W najnowszym artykule naukowym opublikowanym 10 stycznia w periodyku Nature zespół naukowców z Instytutu Naukowego Weizmanna w Izraelu opisano właśnie takie brakujące dotąd obserwacje.

Cała historia tego odkrycia ma swój początek w maju 2022 roku. To właśnie wtedy jeden z astronomów dostrzegł eksplozję supernową SN 2022jli, do której doszło 75 milionów lat świetlnych od Ziemi w jednym z ramion spiralnych galaktyki NGC 157. Dwa niezależne zespoły naukowców obserwujące to wydarzenie zauważyły, że sama eksplozja zachowuje się bardzo nietypowo.

Co do zasady po jasnym rozbłysku w momencie eksplozji, jasność supernowej powoli spada. W tym konkretnym przypadku było jednak inaczej. Naukowcy bowiem dostrzegli, że zamiast płynnego spadku jasności po eksplozji, jasność obiektu oscylowała z okresem około 12 dni. Takiej supernowej nikt wcześniej nie obserwował.

Oba zespoły natychmiast zabrały się za próbę wyjaśnienia nietypowych obserwacji i oba stwierdziły, że teoretycznie najlepiej takie zachowanie mogłaby tłumaczyć obecność więcej niż jednej gwiazdy w układzie. O ile fakt, że masywna gwiazda nie jest gwiazdą samotną, a należy do układu podwójnego, nie jest niczym nietypowym (większość gwiazd powstaje w układach wielokrotnych), o tyle tutaj nietypowy był fakt, że gwiazda towarzysząca gwieździe eksplodującej, przetrwała te kataklizm. W efekcie układ dwóch masywnych gwiazd zamienił się w układ masywnej gwiazdy i kompaktowej pozostałości po supernowej.

Zespół naukowców pracujących na danych z teleskopu NTT nie był w stanie ustalić, co powoduje wzrosty i spadki jasności układu. Na szczęście badacze pracujący na danych z Bardzo Dużego Teleskopu oraz teleskopów kosmicznych oprócz samej zmienności odkrył także okresowe ruchy gazowego wodoru i rozbłyski promieni gamma w tym układzie. Te dodatkowe dane pozwoliły naukowcom ustalić, co tak naprawdę się wydarzyło. Szczątki rozerwanej w eksplozji gwiazdy weszły w interakcje z gwiazdą towarzyszącą, powodując rozdęcie jej atmosfery. Powstała w eksplozji gwiazda neutronowa (lub czarna dziura) poruszając się po swojej orbicie, okresowo wpada w tę rozdętą atmosferę, wyrywając z niej wodór, który następnie układa się w gorący dysk otaczający ten niewielki obiekt. To właśnie to wykradanie wodoru powoduje regularny wzrost jasności pozostałości po supernowej.

Czytaj także: Supernowa na takich zdjęciach to prawdziwa rzadkość. Mają nie tylko wartość wizualną

Owszem, astronomowie wciąż nie obserwowali bezpośrednio promieniowania emitowanego przez powstały w eksplozji obiekt kompaktowy. Nie zmienia to jednak faktu, że ruch gazu w otoczeniu tego układu oraz zmiany jasności można wyjaśnić tylko przez wyrywanie gazu z rozdętej atmosfery gwiazdy towarzyszącej przez obiekt kompaktowy, niezależnie od tego czy jest to gwiazda neutronowa, czy czarna dziura.

To jeszcze nie jest koniec historii tego fascynującego układu. Tak, udało się odkryć obecność czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej po eksplozji supernowej. Teraz jednak naukowcy muszą się dowiedzieć, która z tych dwóch możliwości się zrealizowała, oraz ustalić, jaka przyszłość czeka ten układ. Na te badania będziemy musieli jeszcze poczekać do czasu, aż do służby wejdzie Ekstremalnie Wielki Teleskop, który aktualnie jest budowany na pustyni Atacama w Chile.