Jedna z nejjasnějších hvězd v galaxii Andromeda se během pár let vytratila z dohledu. Žádný ohňostroj v podobě supernovy, žádná dramatická exploze, jen pozvolné kosmické zhasnutí. Astronomové teď popisují, že hvězda se tiše zhroutila do černé díry a její okolí dál slabě září v infračerveném světle.
Šlo o objekt označený M31 2014 DS1 ve vzdálenosti zhruba 2,5 milionu světelných let. V archivech i nových měřeních se ukázal zvláštní průběh. Hvězda začala kolem roku 2014 zesilovat v infračervené oblasti, pak ale v roce 2016 její jas rychle spadl během necelého roku. V letech 2022 a 2023 už byla ve viditelném a blízkém infračerveném světle téměř pryč, klesla asi na jednu desetitisícinu původního jasu v těchto pásmech. Zůstalo jen slabé záření ve středním infračerveném oboru, přibližně na desetině původní intenzity.
„Tohle byla jedna z nejzářivějších hvězd v galaxii Andromeda a najednou nebyla nikde k nalezení. Představte si, že by Betelgeuse zničehonic zmizela. Všichni by se zbláznili,“ popsal situaci Kishalay De, který vedl tým stojící za novou studií.
Proč některé obří hvězdy nevybuchnou
Obří hvězdy drží pohromadě křehká rovnováha mezi tlakem z jaderných reakcí a gravitací. Jakmile dojde palivo, gravitace vyhraje a jádro se zhroutí. Často to spustí supernovu, protože do okolí vyletí obrovská rázová vlna, kterou pomáhá „nakopnout“ i proud neutrin uvolněných při kolapsu. Jenže někdy je tahle rána příliš slabá.
V takové situaci část hmoty hvězdy místo úniku padá zpátky dovnitř. Modely dlouho počítaly s tím, že právě tenhle návrat materiálu může proměnit vznikající neutronovou hvězdu v černou díru. Extrémní a rychlý pokles jasu u M31 2014 DS1 zapadl do scénáře, kdy hvězda nezvládla „odpálit“ supernovu a místo toho se změnila v černou díru.
„Tohle je teprve začátek příběhu,“ řekl De a naznačil, že světlo z prachu kolem nově vzniklé černé díry bude díky pomalému slábnutí pozorovatelné ještě desítky let, třeba i přístroji jako je vesmírný dalekohled Jamesa Webba.
Konvekce udrží část hvězdy ve hře celé dekády
Nová data pomohla přepsat i důležitý detail, co se děje s vnějšími vrstvami hvězdy po takovém „tichém“ kolapsu. Klíčovou roli má konvekce, tedy proudění plynu mezi horkými a chladnějšími částmi hvězdy. Když se zhroutí jádro, vnější vrstvy nejsou klidné, pořád se v nich míchá materiál. A právě to má brzdit okamžité zhroucení všeho do černé díry.
Podle modelů z Flatiron Institute část hmoty vytvoří kolem černé díry vířící struktury, zatímco nejvzdálenější vrstvy jsou postupně vytlačované ven. Jak materiál odchází, chladne a začíná v něm vznikat prach. Ten pak pohlcuje světlo z teplejšího plynu blíž u černé díry a znovu ho vyzařuje v infračervených vlnových délkách. Právě proto hvězda ve viditelném světle mizí, ale v infračerveném dál „dýchá“ slabým, dlouhotrvajícím svitem.
Andrea Antoni, která se podílela na teoretickém rámci, popisuje, že přísun hmoty do černé díry je díky tomuto pohybu mnohem pomalejší než při přímém implozivním pádu. „Míra akrece je mnohem pomalejší, než kdyby hvězda spadla přímo dovnitř. Konvektivní materiál má moment hybnosti, takže se uspořádá do oběžné struktury kolem černé díry. Místo měsíců nebo roku to trvá dekády,“ uvedla. Odhad týmu zároveň říká, že do černé díry nakonec doputuje jen asi jedno procento původního vnějšího obalu hvězdy.
Kromě M31 2014 DS1 vědci znovu prozkoumali i starší případ NGC 6946 BH1, který se před lety choval podobně. Ukazuje se, že nejde o jednu podivnost, ale o typ konce života obřích hvězd, které se místo velkolepé supernovy promění v černou díru téměř neslyšně a pak už jen dlouho, velmi pomalu dohasínají v infračerveném světle.