Lähes puoli vuosisataa tutkijat ovat sitoutuneet teoriaan, jonka mukaan tähden elinkaarensa loppupuolella tapahtuu sen painovoimainen romahdus. Tässä vaiheessa oletetaan, että massaa on riittävästi, tämä putoaminen laukaisee mustan aukon muodostumisen. Tähtitieteilijät ovat etsineet jo kauan tietää, milloin ja miten musta aukko muodostuu.
Ja miksi ei? Kyky todistaa mustan aukon muodostumista ei olisi vain hämmästyttävä tapahtuma, se johtaisi myös tieteellisten löytöjen aarreaitta. Ja Columbuksen Ohion osavaltion yliopiston tutkijaryhmän äskettäisen tutkimuksen mukaan olemme saaneet vihdoin tehdä juuri sen.
Tutkimusryhmää johti Christopher Kochanek, tähtitieteen professori ja erinomainen tutkija Ohion osavaltiossa. Käyttäen suurikokoisen binokulaarisen teleskoopin (LBT) ja Hubble-avaruusteleskoopin (HST) kuvia, hän ja hänen kollegansa tekivät sarjan havainnointeja punaisesta superioonallisesta tähdestä nimeltä N6946-BH1.
Mustien reikien muodostumisprosessin katkaisemiseksi tähtien elinkaaren nykyisen käsityksen mukaan musta aukko muodostuu sen jälkeen, kun erittäin suuren massan tähti on kokenut supernoovan. Tämä alkaa, kun tähti on loppunut polttoainevarastostaan, ja sen jälkeen tapahtuu äkillinen massahäviö, jossa tähden ulkokuori irtoaa jättäen jäljelle jäävän neutronitähteen.
Tätä seuraa elektronit, jotka kiinnittyvät uudelleen irrotettuihin vetyioneihin, mikä aiheuttaa kirkkaan leimahduksen. Kun vedyn sulaminen loppuu, tähtijäännös alkaa jäähtyä ja haalistua; lopulta loput materiaalista tiivistyy mustan aukon muodostamiseksi.
Useat tähtitieteilijät ovat kuitenkin viime vuosina arvanneet, että joissakin tapauksissa tähdet kokevat epäonnistuneen supernovan. Tässä skenaariossa erittäin suuren massan tähti päättää elinkaarensa muuttamalla mustaan reikään ilman, että tavanomainen massiivinen energiapurske tapahtuu etukäteen.
Kuten Ohio-ryhmä totesi tutkimuksessaan, jonka otsikko oli ”Epäonnistuneiden supernoovien etsiminen suurella binokulaarisella teleskoopilla: katovan tähden vahvistus” - näin voi tapahtua N6946-BH1: lle, punaiselle superväkelle, jolla on 25-kertainen massa meidän Aurinko sijaitsee 20 miljoonan valovuoden päässä maasta.
Käyttämällä LBT: llä saatuja tietoja, ryhmä totesi, että N6946-BH1 osoitti mielenkiintoisia muutoksia sen kirkkaudessa vuosina 2009 - 2015 - kun tehtiin kaksi erillistä havaintoa. Vuoden 2009 kuvissa N6946-BH1 näkyy kirkkaana, eristettynä tähtenä. Tämä oli johdonmukaista HST: n vuonna 2007 ottamien arkistotietojen kanssa.
LBT: n vuonna 2015 hankkimat tiedot kuitenkin osoittivat, että tähtiä ei enää nähty näkyvällä aallonpituudella, mikä myös vahvistettiin saman vuoden Hubblen tiedoilla. LBT-tiedot osoittivat myös, että usean kuukauden ajan vuoden 2009 aikana tähti koitti lyhyen, mutta voimakkaan leimahduksen, jolloin se tuli miljoona kertaa kirkkaammaksi kuin aurinkoomme, ja sitten häipyi tasaisesti.
He käyttivät vertailua varten myös Palomar Transit Factory (PTF) -kyselyn tietoja sekä Ron Arborin (brittiläinen amatööri-tähtitieteilijä ja supernovametsästäjä) tekemiä havaintoja. Molemmissa tapauksissa havainnot osoittivat leimahduksen lyhyen ajanjakson aikana vuonna 2009, jota seurasi tasainen häipyminen.
Loppujen lopuksi nämä tiedot olivat kaikki yhdenmukaisia epäonnistuneen supernova-mustan aukon mallin kanssa. Kuten professori Kochanek, ryhmän paperin pääkirjailija -, - kertoi Space Magazine -lehdelle sähköpostitse:
”Epäonnistuneen supernovan / mustan aukon muodostumiskuvassa tästä tapahtumasta epäonnistunut supernova ohjaa transienttiä. Tähti, jonka näemme ennen tapahtumaa, on punainen supergiant - joten sinulla on kompakti ydin (koko ~ maa) ulos vedyn palamiskuoresta ja sitten valtava, turvonnut laajennettu kirjekuori, joka sisältää enimmäkseen vetyä, joka saattaa ulottua Jupiterin mittaan kiertoradalla. Tämä kirjekuori on erittäin heikosti sidottu tähtiin. Kun tähden ydin romahtaa, painovoima massa putoaa muutamalla kymmenyksellä aurinko-massasta neutriinojen kuljettaman energian takia. Tämä tähden painovoiman pudotus on riittävä lähettämään heikko iskuaalto turvonneen kirjekuoren läpi, joka lähettää sen ajautumaan pois. Tämä tuottaa viileän, matalan kirkkauden (verrattuna supernoovaan, noin miljoona kertaa auringon valoisuus), ohimenevä, joka kestää noin vuoden ja jota virittää rekombinaation energia. Kaikki turvonneen verhokäyrän atomit olivat ionisoituneita - elektroneja, jotka eivät ole sitoutuneet atomiin - ionisoituneen verhokäyrän laajentuessa ja jäähtyessään, kaikki elektronit sitoutuvat taas atomiin, mikä vapauttaa energian transientin syöttämiseksi. Se mitä näemme tiedoissa, on tämän kuvan mukainen. "
Luonnollisesti joukkue harkitsi kaikkia mahdollisia mahdollisuuksia selittää tähden äkillinen “katoaminen”. Tähän sisältyy mahdollisuus, että tähti oli peitetty niin paljon pölyä, että sen optinen / UV-valo absorboitui ja emittoi uudelleen. Mutta kuten he havaitsivat, tämä ei vastannut heidän havaintojaan.
"Lähtökohtana on, että mikään malli, joka käyttää pölyä tähden piilottamiseen, ei todellakaan toimi, joten näyttää siltä, että mitä nyt on, sen on oltava paljon vähemmän valaisevaa kuin sen olemassa olevan tähden." Kochanek selitti. "Epäonnistuneen supernovamallin yhteydessä jäännösvalo on yhdenmukainen vasta muodostuneelle mustalle aukolle keräävän materiaalin päästöjen myöhäisen ajan heikentymisen kanssa."
Luonnollisesti tarvitaan lisähavaintoja, ennen kuin voimme tietää, oliko tämä tilanne vai ei. Tähän todennäköisesti liittyy IR- ja röntgenoperaatioita, kuten Spitzerin avaruusteleskooppi ja Chandra-röntgen observatorio tai yksi monista seuraavan vuoden sukupolven avaruusoteleskoopeista, jotka otetaan käyttöön.
Lisäksi Kochanek ja hänen kollegansa toivovat jatkavansa mahdollisen mustan aukon seurantaa LBT: n avulla ja käymällä uudelleen kohteena HST: llä noin vuoden kuluttua. "Jos se on totta, meidän pitäisi edelleen nähdä esineen haalistuvan ajan myötä", hän sanoi.
Tarpeetonta sanoa, että jos se on totta, tämä löytö olisi ennennäkemätön tapahtuma tähtitieteen historiassa. Ja uutiset ovat varmasti keränneet osansa jännityksestä tiedeyhteisöltä. Kuten Avi Loeb - Harvardin yliopiston tähtitieteen professori - ilmaisi Space Magazinelle sähköpostitse:
”Ilmoitus mustan aukon tekemiseen romahtaneen tähden mahdollisesta löytämisestä on erittäin mielenkiintoinen. Jos totta, se on ensimmäinen suora näkymä mustan aukon toimitushuoneeseen. Kuva on hieman sotkuinen (kuten mikä tahansa toimitushuone), ja siinä on epävarmuutta toimitetun vauvan ominaisuuksista. Tapa vahvistaa mustan aukon syntyminen on röntgensäteiden havaitseminen.
”Tiedämme, että tähtimassan mustia aukkoja on olemassa, viimeksi sen ansiosta, että LIGO-joukkue havaitsi gravitaatiotaallot niiden yhteenkuuluvuudesta. Melkein kahdeksankymmentä vuotta sitten Robert Oppenheimer ja yhteistyökumppanit ennustivat, että massiiviset tähdet saattavat pudota mustiksi reikiksi. Nyt meillä voi olla ensimmäinen suora todiste siitä, että prosessi todella tapahtuu luonnossa.
Mutta tietysti meidän on muistutettava itsellemme, että sen etäisyyden vuoksi se, mitä voimme olla todistamassa N6946-BH1: llä, tapahtui 20 miljoonaa vuotta sitten. Joten tämän mahdollisen mustan aukon kannalta sen muodostuminen on vanha uutinen. Mutta meille se voi olla yksi uraauurtavista havainnoista tähtitieteen historiassa.
Aivan kuten tila ja aika, merkitys on suhteessa tarkkailijaan!
