Miért tűnnek el titokzatosan a csillagok az éjszakai égboltról?

A VTFS 243 bináris rendszer technikai benyomása Kredit: ESOL. Calzada CC BY 4.0

A Koppenhágai Egyetem asztrofizikusai segítenek megmagyarázni azt a rejtélyes jelenséget, amikor a csillagok hirtelen eltűnnek az éjszakai égboltról. Egy szokatlan kettős csillagrendszer vizsgálata meggyőző bizonyítékot hozott arra vonatkozóan, hogy a hatalmas csillagok szupernóva-robbanás nélkül is teljesen összeomlanak és fekete lyukakká válhatnak.

Egy napon a Naprendszerünk középpontjában lévő csillag, a Nap tágulni kezd, amíg el nem nyeli a Földet. Ezután egyre instabilabb lesz, míg végül egy kicsi, sűrű testté zsugorodik össze, amelyet a fehér törpe.

Ha azonban a Nap körülbelül nyolcszoros vagy annál nagyobb tömegű lenne, valószínűleg hatalmas robbanásban – szupernóva formájában – felrobbanna. Összeomlása robbanást fog okozni, hatalmas erővel energiát és tömeget sodorva az űrbe, mielőtt hatalmas energiatömeget hagyna maga után. Neutroncsillag Vagy egy fekete lyuk a nyomában.

Bár ez alapvető tudás arról, hogyan halnak meg a hatalmas csillagok, még mindig sok mindent meg kell érteni a fenti csillagos égboltról és különösen ezeknek a csillagoknak a látványos haláláról.

A VFTS 243 kettős csillagrendszer a „Nagy Magellán-felhő” törpegalaxisban található, a Tejútrendszer közelében. A Magellán-felhők a Tejútrendszer műholdgalaxisai. Ezek a törpe galaxisok, amelyek a galaktikus központ körül keringenek, csak a déli féltekéről láthatók. Itt láthatók a chilei Paranalban található European Southern Observatory Very Large Telescope (VLT) segédteleszkópjai felett. Köszönetnyilvánítás: JC Muñoz/ESO

A Koppenhágai Egyetem Niels Bohr Intézetének asztrofizikusai által végzett új kutatás az eddigi legerősebb bizonyítékot szolgáltatja arra vonatkozóan, hogy a nagyon nagy tömegű csillagok sokkal nagyobb titokzatosságon és titoktartáson mennek keresztül, mint a szupernóvák. Valójában kutatásaik azt sugallják, hogy elegendő tömeggel egy csillag gravitációja olyan erős lehet, hogy nem robbanna be, amikor meghal. Alternatív megoldásként a csillag áteshet az úgynevezett teljes összeomláson.

„Úgy gondoljuk, hogy a csillag magja összeomolhat saját súlya alatt, ahogyan az életük utolsó szakaszában lévő hatalmas csillagok esetében történik, de ahelyett, hogy az összeomlás egy fényes szupernóva-robbanásban csúcsosodik ki, amely felülmúlja galaxisát, a több mint nyolcszoros tömegű csillagok. várhatóan létezni.” Az összeomlás addig tart, amíg a csillag csillaggá válik. Fekete lyuk„Magyarázza az első szerző, Alejandro Vigna-Gomez, aki a Niels Bohr Intézet posztdoktori kutatója volt, amikor ez a tanulmány elkezdődött.

Tények és mítoszok: Eltűnő csillagok

A modern időkben számos megfigyelés született arról Csillagok, amelyek megmagyarázhatatlanul eltűnnek.

– Egy felmérés a semmiről. Chris Kochanek asztrofizikus vezetésével egy olyan kutatási tevékenység példája, amely aktívan keresi az eltűnő csillagokat és az eltűnésük magyarázatát.

A kíváncsi olvasó a történeti leírásokba is belemélyedhet. Ennek gyakran van köze a hirtelen fényes csillagok eltűnéséhez, összhangban a szupernóva-forgatókönyvekkel. De vannak más történetek is a hirtelen eltűnő csillagokról, mint például a görög mítosz, amely a Plejádok csillaghalmazhoz kötődik, amelyet Hét nővérként ismernek. A Plejádok mítosza az óriás Atlasz hét lányát és Pleione nimfát írja le. A legenda szerint az egyik lányuk egy emberhez ment feleségül és elbújt, ami nagyon tudománytalan, de gyönyörű magyarázatot ad arra, hogy miért csak… Hat csillag a Plejádokon.

Ez a felfedezés a csillagok eltűnésének jelenségéhez kapcsolódik, amely az elmúlt években felkeltette a csillagászok érdeklődését, és egyértelmű példával és ésszerű tudományos magyarázattal szolgálhat az ilyen típusú jelenségekre.

„Ha valaki állva bámul egy látható csillagot, amely teljes összeomláson megy keresztül, az idővel olyan lehet, mintha azt nézné, ahogy egy csillag hirtelen kialszik és eltűnik az égről nincs szupernóva Fényes az éjszakai égbolton A csillagászok a közelmúltban már észrevették a fényes csillagok hirtelen eltűnését „Nem lehetünk biztosak az összefüggésben, de a VFTS 243 elemzése során kapott eredmények sokkal közelebb vittek a megbízható magyarázathoz.” mondja Alejandro Vigna-Gómez.

Kilátás a Tarantula-köd Webb űrteleszkópjáról, ahol a VTFS 243 található. Képjóváírás: NASA, ESA, CSA és STScI

Szokatlan csillagrendszer, robbanás jelei nélkül

A felfedezést egy szokatlan kettős csillagrendszer legutóbbi megfigyelése indította el galaxisunk szélén, a VFTS 243. Itt egy hatalmas csillag és egy Napunknál nagyjából tízszer nagyobb fekete lyuk kering egymás körül.

A tudósok tudták, hogy léteznek ilyen kettős csillagrendszerek a világegyetemben Tejút Évtizedekig egy csillagból fekete lyuk lett. A VFTS 243 nemrégiben történt felfedezése azonban a Tejútrendszeren túl a Nagy Magellán-felhőben valóban különleges.

Tények: Fekete lyukak

Még a fény sem tud kiszökni a fekete lyukakból. Mint ilyenek, közvetlenül nem figyelhetők meg. Néhány fekete lyuk azonban felismerhető a körülöttük keringő gázok által felszabaduló nagy mennyiségű energia miatt. Másokat, mint például a VFTS 243 esetében, a körülöttük keringő csillagokra gyakorolt ​​hatásuk alapján lehet megfigyelni.

Általában a csillagászok úgy vélik, hogy háromféle fekete lyuk létezik:

Csillagok fekete lyukak – a VFTS 243-hoz hasonlóan – akkor keletkeznek, amikor a Nap tömegének nyolcszorosát meghaladó tömegű csillagok összeomlanak. A tudósok úgy vélik, hogy csak a mi galaxisunkban akár 100 millió is lehet belőlük.

Szupermasszív fekete lyukak – a Nap tömegének 100 000-10 milliárdszorosa – szinte minden galaxis középpontjában találhatók. A Sagittarius A* a szupermasszív fekete lyuk galaxisunk, a Tejútrendszer közepén.

A közepes tömegű fekete lyukak (IMBH) – Napunk tömegének 100-100 000-szerese – hosszú ideig a hiányzó láncszem. Az elmúlt években számos hiteles jelölt jelent meg.

Vannak olyan elméletek is, amelyek más típusú fekete lyukakat írnak le, amelyeket még nem fedeztek fel. Az egyik ilyen lyuk, az úgynevezett ősfekete lyukak, feltehetően a világegyetem kezdetén keletkezett, és elméletileg mikroszkopikus méretű lehet.

„Általában a szupernóva-események a csillagrendszerekben különböző módon mérhetők, de annak ellenére, hogy a VFTS 243 egy fekete lyukba omlott csillagot tartalmaz, a VFTS 243-as robbanás nyomait sehol sem találták „A rendszer pályája alig változott, mióta a csillag fekete lyukká omlott” – mondja Alejandro Vigna-Gomez.

A kutatók megfigyelési adatokat elemeztek egy sor jelre vonatkozóan, amelyek a múltban szupernóva-robbanáson átesett csillagrendszertől várhatók. Általában egyszerűnek és nem meggyőzőnek találják egy ilyen esemény bizonyítékát.

A rendszer semmi jelét nem mutatja jelentős „születési rúgásnak”, vagyis az orbitális objektumok felgyorsulásának. Ezenkívül nagyon szimmetrikus, pályáján szinte tökéletesen kör alakú, és az előző csillag magjának összeomlása során felszabaduló energia maradványjelei a teljes összeomlással egyező energiatípusra utalnak.

„Elemzésünk egyértelműen rámutat arra a tényre, hogy a VFTS 243-ban lévő fekete lyuk valószínűleg azonnal keletkezett, és az energiát főként a neutrínók vesztették el” – mondja Irene Tambora professzor, a Niels Bohr Intézet munkatársa, aki szintén részt vett a tanulmányban.

Referenciarendszer a jövőbeli tanulmányokhoz

Tambora professzor szerint a VFTS 243 lehetőséget ad egy sor asztrofizikai elmélet és modellszámítás összehasonlítására a tényleges megfigyelésekkel. Arra számít, hogy a csillagrendszer fontos szerepet játszik a csillagok evolúciójának és összeomlásának tanulmányozásában.

„Eredményeink szerint a VFTS 243 a teljes összeomlás során keletkezett csillagok fekete lyukak elméletének eddigi legjobb megfigyelhető esete, ahol a modelljeink által kimutatott szupernóva-robbanás meghiúsul. Ez egy fontos valós teszt ezeknél a modelleknél. ” – mondja a professzor. „Minden bizonnyal azt várjuk, hogy „A rendszer kritikus mérceként szolgál a csillagok evolúciójával és összeomlásával kapcsolatos jövőbeli kutatásokhoz.

További információ: Hiányzó „születési rúgás” és a szupernóva egyéb (hiányzó) jelei

A „születési rúgás” nincs meg

A szupernóva heves erői közvetlenül érintik az újszülött neutroncsillagokat vagy a mögöttük maradt fekete lyukakat, a robbanás során az anyag aszimmetrikus kibocsátása miatt. Ezt nevezik a kutatók „születési rúgásnak”. Ez a rúgás az összenyomott test felgyorsulását okozza. A születés rúgása általában másodpercenként 100 és 1000 kilométer közötti mérhető sebességet ad a neutroncsillagoknak. A sebesség a fekete lyukak esetében várhatóan alacsonyabb lesz, de még így is jelentős.

Mivel úgy tűnik, hogy a VFTS 243-ban lévő fekete lyuk körülbelül 4 km/s-ra gyorsult fel, semmi jelét nem mutatja annak, hogy jelentős születési rúgást kapott volna, mint az várható lenne, ha szupernóván ment volna keresztül.

Hasonlóképpen, a csillagrendszer pályájának szimmetriája általában azt mutatja, hogy a rendszer egy heves szupernóva-robbanás hatását érezte az anyag kilökődése miatt. Ehelyett a kutatók szimmetriát találtak.

„A VFTS pályája szinte kör alakú, és az elemzésünk azt mutatja, hogy az összeomlás során nincsenek jelei jelentős aszimmetriának. Ez ismét azt jelzi, hogy nem történt robbanás” – mondja Alejandro Vigna Gomez.

Energiarobbanás

A kettős csillagrendszer pályáját elemezve a csapatnak sikerült kiszámítania a fekete lyuk kialakulása során felszabaduló tömeg és energia mennyiségét is.

Becsléseik egy olyan forgatókönyvre illeszkednek, amelyben a csillagösszeomlás során bekövetkezett kisebb rúgást nem a neutronokat és protonokat tartalmazó barionos anyag okozta, hanem az úgynevezett neutrínók. A neutrínók nagyon kis tömegűek, és nagyon gyengén lépnek kölcsönhatásba. Ez újabb jele annak, hogy a rendszer nem szenvedett robbanást.

Hivatkozás: A VFTS 243 bináris fekete lyukból származó születési neutrínó rúgások korlátozása, Alejandro Vigna-Gomez, Reinhold Wilcox, Irene Tambora, Ilya Mandel, Matteo Renzo, Tom Waag, Hans-Thomas Janka, Daniel Kress, Julia Bodensteiner, Tomer és Thomas M. . Torres, 2024. május 9. Fizikai áttekintő levelek.
doi: 10.1103/PhysRevLett.132.191403

A következő kutatók járultak hozzá a kutatáshoz:

Alejandro Vigna-Gomez, Irene Tambora, Hans Thomas Janka, Daniel Kress, Reinhold Wilcox, Elia Mandel, Matteo Renzo, Tom Waag, Julia Bodensteiner, Tomer Shenar, Thomas M. Torres

A kutatók több kutatóintézethez tartoznak:

• Niels Bohr Intézet, Koppenhágai Egyetem – Nemzetközi Akadémia és Dark
• Max Planck Asztrofizikai Intézet, Garching, Németország
• Csillagászati ​​Intézet, Leuveni Egyetem, Leuven, Belgium
• Fizikai és Csillagászati ​​Iskola, Monash Egyetem, Clayton, Ausztrália
• ARC Gravitációs Hullámérzékelési Kiválósági Központ, Osgraph, Ausztrália
• Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, USA
• Steward Obszervatórium, Arizonai Egyetem, Tucson, USA
• Csillagászati ​​Tanszék, Washingtoni EgyetemSeattle, USA
• Müncheni Műszaki Egyetem, TUM Természettudományi Kar, Fizikai Tanszék, Garching, Németország
• Európai Déli Obszervatórium, Garching, Németország
• Fizikai és Csillagászati ​​Kar, Tel Aviv Egyetem, Tel Aviv, Izrael
• Aalborg Egyetem, Aalborg, Dánia