Je odgovor črna luknja?
Kaj je nastalo po zlitju dveh nevtronskih zvezd v znanstveno zelo bogatem dogodku GW170817?
Odpri galerijo
Umetniška upodobitev dveh nevtronskih zvezd. FOTO: University Of Warwick/Mark Garlick
Zlitje dveh nevtronskih zvezd - ene z maso okrog 1,5 mase Sonca, druge z 1,3, ki so ga zaznali 17. avgusta lani, je bil izjemen dogodek. Znanstveniki so imeli kaj videti, saj so ob dogodku, imenovanem GW170817, zaznali gravitacijske valove, izbruh sevanja gama, vidno svetlobo, ob zlitju so nastali težki elementi - od zlata, platine do drugih težjih elementov ...
So pa takrat znanstveniki odkrito povedali, da ne vedo, kaj je ostalo oziroma nastalo po spojitvi zvezd. Na prvi pogled je logično, da je iz dveh nastal en objekt, a kakšen? Omenjali so dve možnosti - ali sta se nevtronski zvezdi zlili v bolj masivno nevtronsko zvezdo ali pa v črno luknjo.
Naknadna raziskava, objavljena v Astrophysical Journal Letters, je tehtnico prevesila na stran majhne črne luknje, vendar pa raziskovalci ostajajo previdni.
Ekipa z univerze Trinity, teksaške univerze v Austinu in kalifornijske univerze Berkley je podrobneje preučila podatke z Nasinega rentgenskega observatorija Chandra. Podatki, ki jih je zbral LIGO, so nakazovali, da je novonastali objekt imel maso okoli 2,7 mase Sonca.
To pa ne sovpada z dejstvi, ki po prepričanju znanstvenikov veljajo za nevtronsko zvezdo. Če se je oblikovala nevtronska zvezda, bi bila ta najbolj masivna svoje vrste - največje doslej znane nevtronske zvezde imajo maso okrog dve Sončevi masi in so po mnenju mnogih strokovnjakov na kritični meji, da se sesedejo v črno luknjo. V primeru nastanka črne luknje, pa bi bila to ena najlažjih črnih lukenj - najmanjše znane imajo maso vsaj štirih ali petih Sonc.
»Ko masivne zvezde končajo svojo življenjsko pot, eksplodirajo kot supernove ali izbruhi sevanja gama. Sredica zvezde se pri tem skrči ali v nevtronsko zvezdo ali črno luknjo. Kaj točno nastane je odvisno od mase sredice. Če je pod kritično maso, nastane nevtronska zvezda, če je nad, se sesedanje sredice nadaljuje v oblikovanje črne luknje,« je razložila profesorica astronomije na Univerzi v Novi Gorici Andreja Gomboc, ki je bila članica ekipe, ki je opazovala zlitje nevtronskih zvezd.
»Natančne vrednosti, kolikšna je ta kritična masa, danes še ne vemo. Ocenjujemo pa, da je to od dve do tri mase Sonca. Po najnovejših teoretičnih izračunih je najvišja masa nevrteče se nevtronske zvezde 2,16 mase Sonca, če se nevtronska zvezda zelo hitro vrti pa lahko ima tudi do okrog 20 odstotkov višjo maso, torej 2,6 mase Sonca. Opazovalno so doslej našli nevtronske zvezde z maso do 2,01 mase Sonca, najmanjše črne luknje pa z maso štiri ali petih Sonc.«
Upodobitev združenja nevtronskih zvezd GW170817:
V tem primeru pa je nastal objekt z maso okrog 2,7 mase Sonca in to je »ravno v kritičnem območju«, ko iz same mase ne moremo natančno povedati, kaj je nastalo, je nadaljevala. Po drugi strani bi bili v primeru nastanka objekta z maso štirih Sonc bolj ali manj prepričani, da gre za črno luknjo, je dodala.
Podrobna opazovanja omenjenega primera lahko potrdijo ali zavržejo nekatere teoretične modele. »Če bi zagotovo vedeli, da je nastala črna luknja, bi to pomenilo, da je kritična masa za nevtronsko zvezdo nižja od omenjene.«
Nevtronska zvezda je sicer majhen objekt, običajno meri le okoli dvajset kilometrov v premeru, a ima ogromno maso, večjo od 1,4-kratne mase Sonca, a manjšo od 2-kratne mase Sonca. V povprečju je gravitacija na nevtronski zvezi 200 milijardkrat močnejša od gravitacije na Zemlji. Zaradi kolapsa sredice ob eksploziji supernove se novo-nastala nevtronska zvezda izjemno hitro vrti. Najhitrejša znana nevtronska zvezda se okoli svoje osi zavrti kar 700-krat na sekundo.
Hitrovrteči se gosti objekt generira močno magnetno polje in oblak visokoenergijskih delcev. Zato bi tak objekt lahko opazili kot močan izvor rentgenske svetlobe. In prav to je s Chandro merila ekipa v mesecih, ki so sledili velikemu odkritju. Zasledili so precej nižje vrednosti, ki bi jih pričakovali od hitro-vrteče se nevtronske zvezde. Posledično sklepajo, da naj bi nastala črna luknja, majhna, pa vendar. Strokovnjaki ostajajo v svojih zaključkih previdni in predvidevajo nadaljnja opazovanja.
»Za zdaj to ostaja možna interpretacija. Avtorji članka dajo jasno napoved, ki jo bo možno preveriti z nadaljnjimi opazovanji. Če je tam nevtronska zvezda, bi morali v naslednjih letih zaznati bistveno - okoli 100-krat - močnejše sevanje v rentgenski svetlobi. Če bodo z meritvami ugotovili, da je izvor postal toliko svetlejši, bo to ovrglo njihovo tezo in bo kazalo na to, da je tam nevtronska zvezda. Če ne, bo pa to dokaz v prid potrditve teze o črni luknji,« je pojasnila Gombočeva.
So pa takrat znanstveniki odkrito povedali, da ne vedo, kaj je ostalo oziroma nastalo po spojitvi zvezd. Na prvi pogled je logično, da je iz dveh nastal en objekt, a kakšen? Omenjali so dve možnosti - ali sta se nevtronski zvezdi zlili v bolj masivno nevtronsko zvezdo ali pa v črno luknjo.
Nova študija kaže v smeri črne luknje
Naknadna raziskava, objavljena v Astrophysical Journal Letters, je tehtnico prevesila na stran majhne črne luknje, vendar pa raziskovalci ostajajo previdni.
Ekipa z univerze Trinity, teksaške univerze v Austinu in kalifornijske univerze Berkley je podrobneje preučila podatke z Nasinega rentgenskega observatorija Chandra. Podatki, ki jih je zbral LIGO, so nakazovali, da je novonastali objekt imel maso okoli 2,7 mase Sonca.
To pa ne sovpada z dejstvi, ki po prepričanju znanstvenikov veljajo za nevtronsko zvezdo. Če se je oblikovala nevtronska zvezda, bi bila ta najbolj masivna svoje vrste - največje doslej znane nevtronske zvezde imajo maso okrog dve Sončevi masi in so po mnenju mnogih strokovnjakov na kritični meji, da se sesedejo v črno luknjo. V primeru nastanka črne luknje, pa bi bila to ena najlažjih črnih lukenj - najmanjše znane imajo maso vsaj štirih ali petih Sonc.
Problematična kritična masa
»Ko masivne zvezde končajo svojo življenjsko pot, eksplodirajo kot supernove ali izbruhi sevanja gama. Sredica zvezde se pri tem skrči ali v nevtronsko zvezdo ali črno luknjo. Kaj točno nastane je odvisno od mase sredice. Če je pod kritično maso, nastane nevtronska zvezda, če je nad, se sesedanje sredice nadaljuje v oblikovanje črne luknje,« je razložila profesorica astronomije na Univerzi v Novi Gorici Andreja Gomboc, ki je bila članica ekipe, ki je opazovala zlitje nevtronskih zvezd.
»Natančne vrednosti, kolikšna je ta kritična masa, danes še ne vemo. Ocenjujemo pa, da je to od dve do tri mase Sonca. Po najnovejših teoretičnih izračunih je najvišja masa nevrteče se nevtronske zvezde 2,16 mase Sonca, če se nevtronska zvezda zelo hitro vrti pa lahko ima tudi do okrog 20 odstotkov višjo maso, torej 2,6 mase Sonca. Opazovalno so doslej našli nevtronske zvezde z maso do 2,01 mase Sonca, najmanjše črne luknje pa z maso štiri ali petih Sonc.«
Upodobitev združenja nevtronskih zvezd GW170817:
V tem primeru pa je nastal objekt z maso okrog 2,7 mase Sonca in to je »ravno v kritičnem območju«, ko iz same mase ne moremo natančno povedati, kaj je nastalo, je nadaljevala. Po drugi strani bi bili v primeru nastanka objekta z maso štirih Sonc bolj ali manj prepričani, da gre za črno luknjo, je dodala.
Podrobna opazovanja omenjenega primera lahko potrdijo ali zavržejo nekatere teoretične modele. »Če bi zagotovo vedeli, da je nastala črna luknja, bi to pomenilo, da je kritična masa za nevtronsko zvezdo nižja od omenjene.«
Več bodo povedala nadaljnja opazovanja
Nevtronska zvezda je sicer majhen objekt, običajno meri le okoli dvajset kilometrov v premeru, a ima ogromno maso, večjo od 1,4-kratne mase Sonca, a manjšo od 2-kratne mase Sonca. V povprečju je gravitacija na nevtronski zvezi 200 milijardkrat močnejša od gravitacije na Zemlji. Zaradi kolapsa sredice ob eksploziji supernove se novo-nastala nevtronska zvezda izjemno hitro vrti. Najhitrejša znana nevtronska zvezda se okoli svoje osi zavrti kar 700-krat na sekundo.
Hitrovrteči se gosti objekt generira močno magnetno polje in oblak visokoenergijskih delcev. Zato bi tak objekt lahko opazili kot močan izvor rentgenske svetlobe. In prav to je s Chandro merila ekipa v mesecih, ki so sledili velikemu odkritju. Zasledili so precej nižje vrednosti, ki bi jih pričakovali od hitro-vrteče se nevtronske zvezde. Posledično sklepajo, da naj bi nastala črna luknja, majhna, pa vendar. Strokovnjaki ostajajo v svojih zaključkih previdni in predvidevajo nadaljnja opazovanja.
»Za zdaj to ostaja možna interpretacija. Avtorji članka dajo jasno napoved, ki jo bo možno preveriti z nadaljnjimi opazovanji. Če je tam nevtronska zvezda, bi morali v naslednjih letih zaznati bistveno - okoli 100-krat - močnejše sevanje v rentgenski svetlobi. Če bodo z meritvami ugotovili, da je izvor postal toliko svetlejši, bo to ovrglo njihovo tezo in bo kazalo na to, da je tam nevtronska zvezda. Če ne, bo pa to dokaz v prid potrditve teze o črni luknji,« je pojasnila Gombočeva.
Če je bolj ali manj jasno, kako nastajajo manjše črne luknje z okrog deset masami Sonca, so nastanki supermasivnih črnih lukenj, z maso milijon do nekaj milijard Sonc, ki se nahajajo v središčih galaksij, še vedno oviti v skrivnost, ki zaposluje številne.
