Taevalaotusest kadus üks täht – sellega juhtus midagi kohutavat

Sel joonisel on kujutatud, kuidas «läbi kukkunud» supernoovast saab must auk. Foto: NASA

Suured tähed, mille mass ületab Päikese massi umbes kaheksa korda, plahvatavad oma elu lõpus supernoovana. Need plahvatused, mis jätavad maha musta augu või neutrontähe, on nii energeetilised, et võiksid kuude kaupa oma galaktikat energiaga varustada. Kuid astronoomid näivad olevat märganud üht massiivset tähte, mis jättis plahvatuse vahele ja muutus otse mustaks auguks.

Tähtedel on tasakaal tuumasünteesi välise jõu ja enda gravitatsioonilise sisemise jõu vahel. Kui suur täht jõuab oma arengu lõppfaasi, hakkab sellel vesinik otsa saama ning sünteesiprotsess aeglustub. Sünteesi väline jõud ei suuda enam tähe tugevat gravitatsiooni tasakaalustada ning täht variseb sissepoole kokku. Selle tulemuseks on supernoova plahvatus, mis hävitab tähe ja jätab endast maha musta augu või neutrontähe.

Siiski näib, et mõnikord need tähed ei plahvatagi supernoovana, vaid muutuvad otse mustadeks aukudeks.

Uus uuring näitab, kuidas üks massiivne, vesinikku kaotanud superhiidtäht Andromeda galaktikas (M31) ei plahvatanud supernoovana. Uuring, mis on avaldatud arXivi eelserveris, kannab pealkirja «Massiivse tähe kadumine M31 galaktikas ja musta augu teke». Uuringu juhtautor on Massachusettsi Tehnoloogiainstituudis (MIT) asuva Kavli astrofüüsika ja kosmoseuuringute instituudi järeldoktor Kishalay De.

Selliseid supernoovasid nimetatakse üdi-kollaps-supernoovadeks (core-collapse supernovae) ehk II tüüpi supernoovadeks. Need on suhteliselt haruldased – Linnutees juhtub selline asi umbes kord saja aasta jooksul. Teadlasi huvitavad supernoovad, kuna need loovad paljusid raskemetalle ning nende lööklaine võib käivitada uute tähtede moodustumise. Supernoovad tekitavad ka kosmilisi kiiri, mis võivad jõuda Maale.

Uus uuring näitab, et me ei pruugi supernoovasid nii hästi mõista, kui seni arvasime.

Kõnealune täht on tähistatud nimega M31-2014-DS1. Astronoomid märkasid, et see muutus keskinfrapunas (MIR) 2014. aastal heledamaks. Tuhande päeva jooksul püsis selle heleduse tase muutumatuna. Seejärel, ajavahemikus 2016 kuni 2019, hääbus tähe valgus märkimisväärselt. Kuigi tegemist on muutliku tähega, ei selgita see nende heledusmuutuste ulatust. 2023. aastal ei olnud tähte enam võimalik tuvastada süvavaatluste optilises ja lähisinfrapunases (NIR) vahemikus.

Teadlased väidavad, et täht sündis ligikaudu 20 päikesemassiga ja jõudis oma viimasesse tuumapõlemisfaasi umbes 6,7 päikesemassiga. Tähe ümber on täheldatud hiljuti väljutatud tolmukihti, mis on tavaliselt seotud supernoova plahvatusega.

M31-2014-DS1 dramaatiline ja pikaajaline heleduse hääbumine on erakordne massiivsete, arenenud tähtede heledusmuutlikkuse maastikul, kirjutavad autorid. M31-2014-DS1 heleduse järsk langus viitab sellele, et tuumareaktsioon on lõppenud ja sellele järgnenud šokk ei suutnud ületada sissepoole langevat materjali.

Autorid selgitavad, et M31-2014-DS1 vaatlused viitavad ebaõnnestunud supernoovale, mis viis tähe südamiku kollapsini.

Mis võib põhjustada, et täht, mille mass on piisav plahvatamiseks, jätab supernoovana plahvatamise vahele?

Supernoovad on keerulised sündmused. Kokkukukkuva südamiku tihedus on nii suur, et elektronid on sunnitud prootonitega ühinema, moodustades neutroneid ja neutriinosid. Seda protsessi nimetatakse neutroneerimiseks ja see tekitab võimsa neutriinopurske, mis kannab umbes 10 protsenti tähe puhkeseisundi massienergiast. Seda purset nimetatakse neutriinošokiks.

Neutriinod on elektriliselt neutraalsed ja reageerivad harva tavalise ainega. Iga sekund läbib iga inimest Maal umbes 400 miljardit neutriinot meie Päikeselt. Kuid tihedas tähesüdamikus on neutriinode tihedus nii suur, et osa neist annab oma energia ümbritsevale tähematerjalile. See kuumutab materjali ja tekitab lööklaine.

Neutriinošokk vaibub alati, kuid mõnikord see taasaktiveerub. Kui see taasaktiveerub, vallandub plahvatus, mis paiskab supernoova välimise kihi välja. Kui taasaktiveerumist ei toimu, lööklaine ebaõnnestub ning täht variseb kokku ja moodustab musta augu.

M31-2014-DS1 puhul neutriinošokk ei taasaktiveerunud. Teadlased suutsid piirata tähe poolt väljutatud materjali hulka ja see oli oluliselt väiksem kui supernoova puhul. Need piirangud viitavad sellele, et enamik tähematerjalist (üle 5 päikesemassi) varises kokku südamikku, ületades neutrontähe maksimaalse massi ja moodustades musta augu, järeldavad autorid. Umbes 98 protsenti tähe massist varises kokku, moodustades musta augu ligikaudu 6,5 päikesemassiga.

M31-2014-DS1 ei ole ainus ebaõnnestunud supernoova või selle kandidaat, mille astronoomid on avastanud. Neid on raske märgata, kuna neid iseloomustab pigem see, mis ei toimu, kui see, mis toimub. Supernoovat on raske mitte märgata, kuna see on nii ere ja ilmub taevasse järsku. Muistsed astronoomid registreerisid mitmeid supernoovasid.

2009. aastal avastasid astronoomid teise kinnitatult ebaõnnestunud supernoova. See oli superhiiglaslik punane täht galaktikas NGC 6946, «Ilutulestiku galaktikas». Täht sai nimeks N6946-BH1 ja selle mass oli umbes 25 päikesemassi. Pärast nähtavusest kadumist jäi sellest alles ainult nõrk infrapunane kuma. 2009. aastal kasvas selle heledus miljoni päikese heleduseks, kuid 2015. aastaks oli see optilises valguses täielikult kadunud.

Suur binokulaarne teleskoop (Large Binocular Telescope) viis läbi uuringu, jälgides 27 lähigalaktikat ja otsides kadunud massiivseid tähti. Tulemused viitavad, et 20–30 protsenti massiivsetest tähtedest võivad oma elu lõpul jääda ebaõnnestunud supernoovadeks. Siiski on M31-2014-DS1 ja N6946-BH1 ainsad kinnitatud vaatlused.

Allikas: Phys Org Universe Today