Smrť hviezdy špagetifikáciou

Pomocou ďalekohľadov Európskeho južného observatória (ESO) a ďalších astronomických organizácií po celom svete sa vedcom podarilo zachytiť vzácny úkaz – intenzívny záblesk žiarenia sprevádzajúci „slapové roztrhanie“ hviezdy superhmotnou čiernou dierou. Zjasnenie, ktoré jav vyvolal, bolo najbližšie k nám, aké sa doposiaľ podarilo zaznamenať. Odohralo sa vo vzdialenosti asi 215 miliónov svetelných rokov a bolo možné študovať ho v nebývalých detailoch. Výskum bol prezentovaný v článku zverejnenom vo vedeckom časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

„Predstava čiernej diery, ktorá doslova vsaje blízku hviezdu, vyzerá ako zo science fiction, ale presne to sa odohráva počas slapového roztrhania,“ hovorí hlavný autor štúdie Matt Nicholl (Royal Astronomical Society, University of Birmingham, Veľká Británia). Ku slapovému roztrhaniu, pri ktorom je hviezda priťahovaná čiernou dierou a prechádza procesom takzvanej „špagetifikácie“, však dochádza vzácne a väčšinou sa tento jav aj ťažko skúma. Záblesk svetla, ktorý sa vlani objavil neďaleko jednej superhmotnej čiernej diery, sledovali astronómovia okrem iného aj pomocou ďalekohľadov VLT (Very Large Telescope) a NTT (New Technology Telescope) v Čile a pokúsili sa zistiť podrobnosti o tom, čo sa odohráva v okamihu, keď je hviezda týmto spôsobom pohltená. Vedci vedia, čo by sa teoreticky malo stať. „Keď sa nešťastná hviezda dostane príliš blízko k superhmotnej čiernej diere v centre galaxie, extrémne gravitačné sily ju roztrhajú na tenké franforce hmoty,“ vysvetľuje spoluautor štúdie Thomas Wevers (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Veľká Británia, teraz aj vedecký asistent ESO, Santiago, Čile). A pretože niektoré prúdy hmoty spadnú počas procesu „špagetifikácie“ (angl. spaghettification) do čiernej diery, objaví sa jasný záblesk žiarenia, ktorý astronómovia môžu detegovať. Hoci ide o mohutný a jasný úkaz, až doteraz mali astronómovia pri skúmaní týchto zábleskov problém. Väčšinou ich totiž zatieňujú oblaky prachu aj ďalšej hmoty.

Až teraz boli vedci schopní odhaliť podstatu týchto nepriehľadných závojov.  „Zistili sme, že keď čierna diera pohlcuje hviezdu, môže vyvrhnúť mohutný prúd hmoty smerom von, a ten nám potom bráni vo výhľade,“ vysvetľuje Samantha Oates (University of Birmingham, Veľká Británia). Následky slapového roztrhania v podobe záblesku s označením AT2019qiz boli objavené krátko po začiatku celého deja, a to umožnilo jeho detailný výskum. „Keďže sme jav zaznamenali veľmi skoro, mohli sme skutočne pozorovať, ako sa rozpínajú závoje prachu a pozostatkov hviezdy, potom čo čierna diera vyvrhla zo svojho okolia mohutný prúd hmoty rýchlosťou až 10 000 km/s,“ popisuje Kate Alexander (NASA Einstein Fellow, Northwestern University, USA). „Tento unikátny pohľad za oponu nám ponúkol prvú príležitosť k odhaleniu pôvodu tieniaceho materiálu a možnosť v reálnom čase sledovať, ako zahaľuje čiernu dieru.“ Členovia tímu vykonávali pozorovanie záblesku AT2019qiz, ktorý sa odohral v jednej špirálovej galaxii v súhvezdí Eridanus počas viac než 6 mesiacov, a to ako vo fáze zjasňovania, tak aj následného slabnutia. „Emisie z tohto zdroja odhalil krátko po začiatku javu celý rad prehliadkových ďalekohľadov,“ upresňuje Thomas Wevers. „Okamžite sme preto týmto smerom namierili niekoľko pozemských aj kozmických teleskopov, aby sme zistili, ako ku zjasneniu došlo.“   

Počas nasledujúcich mesiacov boli získané pozorovania tohto javu pomocou množstva zariadení vrátane X-shooter a EFOSC2 - výkonných prístrojov pracujúcich na ďalekohľadoch VLT a NTT v Čile. Rýchla reakcia a opakované merania v ultrafialovom, optickom, röntgenovom a rádiovom obore po prvý raz odhalili priame spojenie medzi hmotou prúdiacou z hviezdy a jasným zábleskom uvoľneným pri jej pohltení čiernou dierou. „Tieto pozorovania ukázali, že hviezda mala zhruba rovnakú hmotnosť ako naše Slnko a že asi polovica materiálu skončila v čiernej diere, ktorá je miliónkrát hmotnejšia,“ dodáva Matt Nicholl. Výskum pomôže vedcom lepšie pochopiť superhmotné čierne diery a správanie sa hmoty v prostredí s extrémnymi gravitačnými silami v ich okolí. Členovia tímu dokonca prehlasujú, že jav AT2019qiz by mohol predstavovať „Rosettskú dosku“ pre interpretáciu budúcich pozorovaní ďalších javov slapového trhania hviezd. Ďalekohľad ELT (Extremely Large Telescope), ktorého spustenie je naplánované na koniec tohto desaťročia, umožní astronómom pozorovať ešte slabšie a rýchlejšie sa vyvíjajúce úkazy tohto typu a vyriešiť tak ďalšie záhady fyziky čiernych dier.

Publikované v časopise QUARK 1/2021, RNDr. Zdeněk Komárek

obrázok pod nadpisom: Umelecká predstava hviezdy roztrhanej slapovou silou superhmotnej čiernej diery