Zvezda se približa supermasivni črni luknji, izgubi del svoje snovi, vendar preživi. Čez nekaj mesecev ali let se vrne in zgodba se lahko ponovi, le da so nekateri svetlobni izbruhi ob naslednjih srečanjih vse šibkejši. Nove hidrodinamične simulacije kažejo, da bi se razlaga za nenavadno slabenje lahko skrivala v tem, kako hitro se zvezda vrti.

Zvezda med bližnjim srečanjem s supermasivno črno luknjo. (foto: Dnevne Novice / AI ilustracija)

Ko se zvezda preveč približa supermasivni črni luknji, jo velika razlika v gravitacijskem privlaku začne raztezati in ji trgati snov. Takšno srečanje pa zanjo ni vedno usodno. Pri delnem plimskem raztrganju lahko izgubi le del zunanjih plasti, medtem ko njeno jedro preživi in nadaljuje pot okoli črne luknje.

Če ostane v tesni orbiti, se lahko čez nekaj mesecev ali let znova vrne v nevarno bližino. Ob naslednjem prehodu izgubi novo količino snovi, del odtrganega materiala pa se vrača proti črni luknji in povzroči nov svetlobni izbruh. Astronomi takšne pojave poznajo kot ponavljajoča se delna plimska raztrganja.

Zvezda se vrača, izbruhi pa slabijo

Prav ti ponavljajoči se dogodki so astronomom postavili zanimivo uganko. Nekateri opazovani sistemi ob vsakem naslednjem srečanju ustvarijo šibkejši izbruh, prejšnji teoretični modeli pa tega vzorca niso uspešno poustvarili.

Kot pojasnjuje Syracuse University, se je sprva zdelo logično, da zvezda ob vsakem naslednjem prehodu izgubi manj snovi in zato ustvari šibkejši izbruh. Simulacije pa so pokazale težavo: pri zvezdi, ki se na začetku ne vrti, lahko plimske sile črne luknje njeno vrtenje pospešujejo, zato pričakovanega postopnega slabenja ni bilo mogoče ustrezno pojasniti.

Raziskovalci so zato v model vključili še eno lastnost, ki bi lahko bistveno spremenila dogajanje – možnost, da se zvezda zelo hitro vrti že pred prvim bližnjim srečanjem s črno luknjo.

Ključ bi lahko bilo hitro vrtenje

Ekipa pod vodstvom astrofizičarke Ananye Bandopadhyay je s hidrodinamičnimi simulacijami preizkusila, kaj se zgodi s hitro vrtečimi se zvezdami med več zaporednimi delnimi raztrganji. Pokazalo se je, da lahko pri dovolj hitrem vrtenju v isti smeri, kot zvezda kroži okoli črne luknje, zaporedni izbruhi postajajo vse šibkejši.

Raziskava, objavljena v The Astrophysical Journal, tako ponuja možno razlago za vzorec, ki ga astronomi že opažajo. Hitro začetno vrtenje vpliva na dogajanje ob zaporednih prehodih in na količino snovi, ki jo zvezda izgublja. Spreminja se tudi vračanje odtrganega materiala proti črni luknji, s tem pa lahko upada pričakovana svetlost izbruha.

Raziskovalci niso dokazali, da hitro vrtenje pojasnjuje vsak takšen sistem. Pokazali pa so, da lahko z njim v simulacijah poustvarijo postopno slabenje izbruhov, ki ga prejšnji modeli niso zadovoljivo pojasnili.

Kako se je zvezda sploh začela vrteti tako hitro?

Tudi za to imajo raziskovalci možno razlago. Zvezda bi bila lahko nekoč del tesnega dvojnega sistema, v katerem sta dve zvezdi krožili druga okoli druge.

Če se takšen par približa supermasivni črni luknji, lahko njena gravitacija dvojni sistem razbije. Eno zvezdo lahko izvrže z veliko hitrostjo, druga pa ostane ujeta v orbiti okoli črne luknje. Ta pojav je znan kot Hillsov mehanizem.

Pri dovolj tesnem paru se lahko zvezdi zaradi medsebojnega gravitacijskega vpliva že prej hitro vrtita. Isti dogodek bi tako lahko pojasnil, kako se je ena od njiju znašla v tesni orbiti okoli črne luknje in zakaj se je že pred prvim opazovanim raztrganjem vrtela tako hitro.

Črna luknja zvezde ne uniči vedno

Predstava, da črna luknja vsako zvezdo, ki se ji dovolj približa, preprosto pogoltne, je preveč poenostavljena. Izid srečanja je med drugim odvisen od poti in notranje zgradbe zvezde ter od tega, kako blizu črni luknji se znajde.

Pri delnem raztrganju lahko gostejše jedro zvezde ostane skupaj in preživi več bližnjih srečanj. Raziskovanje takšnih dogodkov astronomom omogoča vpogled v dogajanje v ekstremnem gravitacijskem okolju, kjer neposrednih meritev sicer ni mogoče opravljati.

Astronomi odkrivajo tudi druge nenavadne povezave med zvezdami in črnimi luknjami. Vesoljski teleskop James Webb je denimo omogočil raziskovanje nenavadne zvezde, v kateri bi se lahko skrivala črna luknja, kar kaže, kako različni so lahko sistemi, povezani s temi ekstremnimi objekti.

Simulacije bodo morale prestati preizkus opazovanj

Nova raziskava ne pomeni, da je uganka dokončno rešena. Ponuja fizikalni mehanizem, ki v simulacijah ustvari opaženi vzorec, naslednji pomemben korak pa bo primerjava napovedi z nadaljnjimi opazovanji resničnih sistemov.

Če se bodo meritve ujemale z napovedmi, bi lahko astronomi iz postopnega slabenja izbruhov izvedeli več kot le to, koliko snovi zvezda izgubi ob vsakem prehodu. Podatki bi lahko razkrili tudi, kako hitro se zvezda vrti in kako je končala v tesni orbiti okoli supermasivne črne luknje.