Egy balszerencsés csillag végnapjai

Nagy valószínűséggel egy gigászi fekete lyuk által széttépett csillag maradványainak sugárzását sikerült megfigyelnie egy amerikai kutatócsoportnak. Az eredményeket közlő cikk vezető szerzője Vinkó József magyar csillagász.


Elméleti asztrofizikusok már évtizedekkel ezelőtt megjósolták, hogy nagy tömegű fekete lyukak közelében bóklászni finoman szólva kockázatos vállalkozás: egy fekete lyukhoz közelítve nemcsak a gravitációs erő, hanem annak változási gyorsasága (idegen szóval: “gradiense”) is nagyon gyorsan növekszik. Előfordulhat, hogy egy oda tévedő égitestnek a fekete lyuk felé eső oldalára sokkal nagyobb gravitációs erő hat, mint a távolabbi oldalára. Amennyiben ez az erőkülönbség nagyobb, mint az égitest saját gravitációs összetartó ereje, az égitest szétszakad. Ez a folyamat roppant kifejező szóval “spagettifikáció”-ként vonult be a gravitációelmélet népszerűsítő irodalmába; a szakmai nyelv a jóval szárazabb “árapály-szétesés” (tidal disruption) terminológiát használja.

Ha egy csillag óvatlanul egy fekete lyuk közelébe téved, és a gyorsan változó gravitációs erő miatt szétszakad, a törmelékfelhő a tehetetlenség törvényének megfelelően továbbra is az égitest eredeti pályáján halad tovább, de egyes részei immár külön-külön mozognak. Kiszámítható, hogy a szétszóródott tömegnek kb. a fele képes eltávolodni a fekete lyuktól biztonságos távolságba, míg a másik, “kevésbé szerencsés” fele visszahullik a fekete lyukra. A visszahulló anyag eleinte egy ellapult, forgó korongba rendeződik a fekete lyuk körül.
A korongra hulló, és abban lefékeződő anyag energiája hővé, azaz sugárzássá alakul. Ez a folyamat nagyon rövid idő (néhány nap) alatt nagyon jelentős mennyiségű energiát képes sugárzássá alakítani. A sugárzás olyan erőssé válhat, hogy a fénynyomás a még visszahulló törmelékfelhő egy részét a szó szoros értelmében elfújja. Ezt a folyamatot nevezik a szakemberek “szuper-Eddington akkréció”-nak.

Ez a jelenség egy biztonságos (azaz nagy) távolságban elhelyezkedő megfigyelő számára egy néhány nap alatt nagyon erőteljesen felfényesedő, majd valamivel lassabban (pár hét alatt) elhalványodó “új csillag”-ként figyelhető meg. Ez első ránézésre hasonló a felrobbanó csillagok, vagyis a szupernóvák megjelenéséhez, azonban a sugárzás színképi jellemzői azokétól különbözőek lesznek.

Képkocka egy fekete lyuk közelébe kerülő csillag árapály-szétesének számítógépes szimulációjából. A teljes videó ezen a linken tekinthető meg (James Guillochon, Harvard University).

A texasi, michigani és kaliforniai egyetemek csillagászaiból álló Robotic Transient Search Experiment (ROTSE) kollaboráció munkatársai 6 évvel ezelőtt, 2009. január 21-én bukkantak rá egy újonnan feltűnt csillagszerű objektumra a Vadászebek csillagképben. Az alaposabb megfigyelések és az objektumról a texasi McDonald Obszervatórium 9,2 m-es Hobby-Eberly Teleszkópjával felvett színképek alapján valószínűvé vált, hogy egy rendkívül nagy, a legfényesebb szupernóvákat is felülmúló abszolút fényességű, de igen távoli objektumról van szó. Az égi jelenség kezdetben gyorsan fényesedett, majd 10 nap után halványodni kezdett, és röpke két hónap alatt teljesen eltűnt a megfigyelők szeme és műszerei elől.

A mérések kiértékelése és értelmezése során világossá vált, hogy egy igen különleges objektum került távcsővégre. Egyes tulajdonságai (pl. a fényváltozás alakja) önmagukban emlékeztettek más, korábbról már ismert objektumokra, de az összes jellemzőt egyszerre ilyen kombinációban még soha nem figyelték meg. A részletes fizikai modellezés vezetett arra a felismerésre, hogy a legtöbb megfigyelt jellemzőt a leginkább ellentmondásmentesen az árapály-szétesés modellje képes megmagyarázni. A kutatók számításai szerint egy kb. 2 naptömegű csillag tévedt egy 100 ezer és 1 millió naptömeg közötti fekete lyuk közelébe, és a csillag szétesése során végbemenő szuper-Eddington akkréció okozta a megfigyelt felfényesedést. Egy ilyen fekete lyuk viszonylag kisebbnek számít a galaxisok középpontjában elhelyezkedő szörnyetegek között. A Tejútrendszer magjában lévő fekete lyuk kb. 4 millió naptömegű, emellett első pillantásra “kispályásnak” tűnik a most kiszámolt fekete lyuk tömege. Ez azonban megtévesztő, mert a gravitáció furcsaságai miatt a kisebb tömegű fekete lyukak sokkal inkább képesek szétdarabolni az őket megközelítő csillagokat, sokkal “agresszívebbek”, mint nagyobb tömegű, “higgadtabb” társaik.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal folyóirat 2015. január 1-i  számában jelent meg, vezető szerzője pedig Vinkó József, a Szegedi Tudományegyetem kutatója és a ROTSE kollaboráció tagja, aki a felfedezés idején az austini Texasi Egyetem munkatársa volt.


Forrás: http://www.csillagaszat.hu/hirek/egy-balszerencses-csillag-vegnapjai/