O stea masivă a dispărut subit, apoi s-a transformat într-o gaură neagră de aproape 7 ori mai mare decât Soarele

Stelele masive, cu aproximativ de opt ori mai masive decât Soarele, explodează ca supernove la sfârșitul vieții lor. Exploziile, care lasă în urmă o gaură neagră sau o stea neutron, sunt atât de energice încât pot străluci mai puternic decât galaxiile gazdă timp de luni întregi, notează Science Alert. Cu toate acestea, astronomii par să fi observat o stea masivă care a sărit peste explozie și s-a transformat direct într-o gaură neagră.

Stelele sunt acte de echilibru între forța exterioară a fuziunii și forța interioară a propriei gravitații. Când o stea masivă intră în ultimele sale etape evolutive, începe să rămână fără hidrogen, iar fuziunea sa se slăbește.

Forța externă generată de fuziune nu mai poate contracara gravitația puternică a stelei, iar steaua se prăbușește în sine. Rezultatul este o explozie de supernovă, un eveniment calamitos care distruge steaua și lasă în urmă o gaură neagră sau o stea neutron.

Cu toate acestea, se pare că uneori aceste stele nu explodează ca supernove și se transformă direct în găuri negre.

Noile cercetări arată cum o stea supergigantă masivă, sărăcită de hidrogen, din galaxia Andromeda (M31) nu a detonat ca o supernovă.

Cercetarea este „Dispariția unei stele masive marcând nașterea unei găuri negre în M31.” Autorul principal este Kishalay De, un cercetător postdoctoral la Institutul Kavli pentru Astrofizică și Cercetări Spațiale de la MIT.

Aceste tipuri de supernove sunt numite supernove cu colaps al nucleului, cunoscute și sub numele de Tip II. Sunt relativ rare, având loc aproximativ o dată la o sută de ani în Calea Lactee.

Oamenii de știință sunt interesați de supernove deoarece acestea sunt responsabile pentru crearea multor elemente grele, iar undele lor de șoc pot declanșa formarea stelelor. Ele creează, de asemenea, raze cosmice care pot ajunge pe Pământ.

Această nouă cercetare arată că s-ar putea să nu înțelegem supernovele la fel de bine pe cât credeam.

Steaua în cauză se numește M31-2014-DS1. Astronomii au observat că s-a luminat în infraroșu mediu (MIR) în 2014. Timp de o mie de zile, luminozitatea sa a fost constantă. Apoi, timp de încă o mie de zile între 2016 și 2019, a dispărut dramatic.

Este o stea variabilă, dar asta nu poate explica aceste fluctuații. În 2023, nu a fost detectată în observațiile de imagistică optică profundă și în infraroșu apropiat (NIR).

Steaua avea o masă de 20 mai mare decât a Soarelui

Cercetătorii spun că steaua s-a născut cu o masă inițială de aproximativ 20 de mase solare și a ajuns în faza terminală de ardere nucleară cu aproximativ 6,7 mase solare.

Observațiile lor sugerează că steaua este înconjurată de un înveliș de praf ejectat recent, conform unei explozii de supernovă, dar nu există dovezi ale unei izbucniri optice.

„Pătrunderea dramatică și susținută a M31-2014-DS1 este excepțională în peisajul variabilității stelelor masive și evoluate,” scriu autorii.

Declinul brusc al luminozității în M31-2014-DS1 indică încetarea arderii nucleare împreună cu un șoc ulterior care nu reușește să depășească materialul care cade.

O explozie de supernova este atât de puternică încât depășește complet materialul care cade.

„În lipsa oricăror dovezi pentru o explozie luminoasă la o astfel de proximitate, observațiile M31-2014-DS1 indică semne ale unei SN 'eșuate' care duce la colapsul nucleului stelar," explică autorii.

Ce ar putea face ca o stea să nu explodeze ca o supernovă

Supernovele sunt evenimente complexe. Densitatea din interiorul unui nucleu în colaps este atât de extremă încât electronii sunt forțați să se combine cu protonii, creând atât neutroni, cât și neutrini. Acest proces se numește neutronizare și creează o explozie puternică de neutrini care transportă aproximativ 10% din energia restului de masă al stelei. Explozia este numită șoc de neutrini.

Neutrinii își primesc numele de la faptul că sunt electric neutri și rareori interacționează cu materia obișnuită. În fiecare secundă, aproximativ 400 de miliarde de neutrini de la Soarele nostru trec direct prin fiecare persoană de pe Pământ.

Dar într-un nucleu stelar dens, densitatea de neutrini este atât de extremă încât unii dintre ei își depun energia în materialul stelar din jur. Acest lucru încălzește materialul, generând o undă de șoc.

Șocul de neutrini se oprește întotdeauna, dar uneori își revine. Când revine la viață, provoacă o explozie și expulzează stratul exterior al supernovei. Dacă nu este reînvigorată, unda de șoc eșuează, iar steaua se prăbușește și formează o gaură neagră.

În M31-2014-DS1, șocul de neutrini nu a fost reînviat. Cercetătorii au reușit să limiteze cantitatea de material ejectată de stea, iar aceasta a fost mult sub ceea ce ar ejecta o supernovă.

„Aceste constrângeri implică faptul că majoritatea materialului stelar s-a prăbușit în nucleu, depășind masa maximă a unei stele neutronice (NS) și formând un BH," concluzionează ei.

Aproximativ 98% din masa stelei s-a prăbușit și a creat o gaură neagră cu aproximativ 6,5 mase solare.

M31-2014-DS1 nu este singura supernovă eșuată pe care astronomii au găsit-o. Sunt greu de observat pentru că sunt caracterizate de ceea ce nu se întâmplă, mai degrabă decât de ceea ce se întâmplă. O supernovă este greu de ratat deoarece este atât de strălucitoare și apare brusc pe cer. Astronomii antici au înregistrat câteva dintre ele.

În 2009, astronomii au descoperit singura altă supernovă eșuată confirmată. Era o stea supergigantă roșie în NGC 6946, "Galaxia Focurilor de Artificii." Se numește N6946-BH1 și are aproximativ 25 de mase solare.

După ce a dispărut din vedere, a lăsat doar o slabă strălucire infraroșie. În 2009, luminozitatea sa a crescut la un milion de luminozități solare, dar până în 2015, a dispărut în lumina optică.

Un sondaj cu Telescopul Binocular Mare a monitorizat 27 de galaxii apropiate, căutând stele masive dispărute. Rezultatele sugerează că între 20% și 30% dintre stelele masive își pot încheia viața ca supernove eșuate. Cu toate acestea, M31-2014-DS1 și N6946-BH1 sunt singurele observații confirmate.