Milžiniška žvaigždė staiga dingo be jokio sprogimo: mokslininkai įtaria juodąją skylę

Šį stulbinantį atradimą dar įdomesnį daro tai, kad pirmieji šios transformacijos požymiai buvo užfiksuoti dar 2014 metais. Šie duomenys yra itin svarbūs siekiant suprasti skirtingus būdus, kaip po milžiniškos žvaigždės mirties gali susiformuoti juodosios skylės.

„Tai greičiausiai buvo netikėčiausias atradimas mano gyvenime,“ – pasakoja tyrimui vadovavęs JAV Kolumbijos universiteto astronomas Kišalajus Dė. – „Įrodymai, kad žvaigždė dingo, metų metus gulėjo viešai prieinamuose archyviniuose duomenyse, tačiau niekas to nepastebėjo, kol mes neatkreipėme dėmesio.“

Kai miršta masyvi žvaigždė, kelis kartus sunkesnė už Saulę, ji neturėtų užgesti tyliai. Kai žvaigždės šerdyje branduolinė sintezė nebegali sukurti pakankamo išorėn nukreipto slėgio, galinčio atsverti gravitacijos trauką, šerdis subyra.

Tuomet per žvaigždę gali prasiveržti milžiniška smūginė banga, sukelianti supernovos sprogimą. Išoriniai žvaigždės sluoksniai išmetami į kosmosą, o šerdis virsta neutronine žvaigžde arba juodąja skyle.

Tačiau tai – ne vienintelis galimas raidos scenarijus. Kai kuriais atvejais išorėn keliaujanti smūginė banga „užstringa“. Vietoj to, kad suplėšytų žvaigždę į gabalus, sprogimas nuslopsta, o medžiaga ima kristi atgal į naujai susiformavusią juodąją skylę. Kadangi tai daug ramesnis procesas nei supernova, aiškių jo pėdsakų aptinkama labai retai.

„Priešingai nei su supernovomis, kurias aptikti lengva, nes kelias savaites jos švyti ryškiau už visą savo galaktiką, pastebėti atskiras žvaigždes, kurios paprasčiausiai dingsta nesukeldamos sprogimo, yra nepaprastai sunku,“ – aiškina Dė.

Anksčiau buvo patikimai užfiksuotas tik vienas toks įvykis – apie 2010 metus užregistruota žvaigždė, dingusi galaktikoje, esančioje už 22 milijonų šviesmečių. Dabar, kruopščiai išnagrinėję Andromedos galaktikos archyvinius stebėjimus, Dė su kolegomis aptiko dar vieną tokį atvejį, ir šįkart įrodymai dar aiškesni.

M31-2014-DS1 buvo supermilžinė žvaigždė, kurios pradinė masė siekė apie 13 Saulės masių. Ji švietė taip ryškiai, kad buvo matoma net ir iš 2,5 milijono šviesmečių nuotolio tarp Paukščių Tako ir Andromedos.

2014 metais NASA teleskopas NEOWISE užfiksavo staigų šios žvaigždės infraraudonosios spinduliuotės sustiprėjimą – per maždaug dvejus metus jos infraraudonasis ryškis padidėjo apie 50 procentų.

Tačiau tarp 2016 ir 2022 metų žvaigždė dramatiškai pritemo, o 2023-iaisiais visiškai išnyko iš optinio (matomojo) diapazono stebėjimų.

Ne tik matomoji šviesa išblėso: bendras žvaigždės ryškis visame elektromagnetiniame spektre sumažėjo bent dešimt kartų. Šiandien ji aptinkama tik vidutinio infraraudonojo diapazono srityje ir ten šviečia maždaug dešimtadaliu ankstesnio savo infraraudonojo ryškio.

„Ši žvaigždė anksčiau buvo viena ryškiausių visoje Andromedos galaktikoje, o dabar jos nebematyti niekur,“ – sako Dė. – „Įsivaizduokite, jei žvaigždė Betelgeizė staiga pranyktų. Visi tiesiog išprotėtų! Būtent toks reiškinys įvyko su šia žvaigžde Andromedos galaktikoje.“

Išsamus tyrėjų atliktas duomenų nagrinėjimas parodė, kad įvykių seka atitinka vadinamąją žlugusią arba „nepavykusią“ supernovą. Pirmasis etapas – infraraudonosios spinduliuotės sustiprėjimas – dera su scenarijumi, kuriame mirštanti žvaigždė išmeta dulkes, o šios nusėda aplink ją tarsi kokone, užuot buvusios sprogimo išsklaidytos į tarpžvaigždinę erdvę.

Vėliau stebėtas dramatiškas visų bangos ilgių ryškio sumažėjimas rodo, kad šviesa išblėso ne todėl, kad ją užstojo dulkės, kaip nutiko su Betelgeize 2019 metais. Jei priežastis būtų vien dulkės, infraraudonasis ryškis nebūtų taip kriktelėjęs, nes infraraudonieji spinduliai geriau prasiskverbia pro dulkių debesis.

Viso spektro pritemimas rodo, kad sumažėjo pati žvaigždės energijos išsklaida, kas atitinka branduolinės sintezės jos šerdyje nutrūkimą.

„Toks dramatiškas ir ilgalaikis šios žvaigždės išblėsimas yra labai neįprastas ir rodo, kad supernova taip ir neįvyko – žvaigždės šerdis tiesiogiai subyrėjo į juodąją skylę,“ – teigia Dė.

„Tokios masės žvaigždės ilgą laiką buvo laikomos tomis, kurios visada baigia gyvenimą supernovos sprogimu. Tai, kad šiuo atveju sprogimo nebuvo, leidžia manyti, jog panašios masės žvaigždės gali ir sprogti, ir tyliai subyrėti – priklausomai nuo to, kaip chaotiškai tarpusavyje sąveikauja gravitacija, dujų slėgis ir galingos smūginės bangos mirštančios žvaigždės viduje.“

Tyrėjų skaičiavimais, galutinis šio proceso rezultatas yra maždaug penkias Saulės mases turinti juodoji skylė. Jos įvykių horizontas – sritis, iš kurios nebegali pabėgti net šviesa – būtų maždaug 30 kilometrų pločio.

Kadangi tokie įvykiai vyksta itin tyliai, faktas, jog astronomams pavyko aptikti jau du panašius atvejus per kelerius metus, leidžia daryti kelias svarbias išvadas. Pirma, mūsų gebėjimas stebėti net ir labai subtilius Visatos reiškinius akivaizdžiai gerėja. Antra, tokios „nepavykusios“ supernovos gali būti daug dažnesnis masyvių žvaigždžių žūties kelias, nei manyta iki šiol.

„Šokiruoja suvokimas, kad masyvi žvaigždė tiesiog pranyko (ir mirė) be jokio sprogimo, o niekas to nepastebėjo daugiau nei penkerius metus,“ – sako Dė. – „Tai verčia iš naujo įvertinti masyvių žvaigždžių mirčių „inventorių“ Visatoje. Panašu, kad tokie procesai gali tyliai vykti visur aplink mus ir lengvai praslysti pro mūsų akis.“