I næsten et halvt århundrede har forskere tilmeldt sig teorien om, at når en stjerne kommer til slutningen af sin livscyklus, vil den gennemgå et gravitationsfald. På dette tidspunkt, forudsat at der er tilstrækkelig masse til stede, vil dette sammenbrud udløse dannelsen af et sort hul. At vide, hvornår og hvordan et sort hul vil danne sig, har længe været noget astronomer har søgt.
Og hvorfor ikke? At være vidne til dannelsen af sort hul ville ikke kun være en fantastisk begivenhed, det ville også føre til en skattekiste af videnskabelige opdagelser. Og ifølge en nylig undersøgelse fra et team af forskere fra Ohio State University i Columbus, har vi måske endelig gjort netop det.
Forskningsteamet blev ledet af Christopher Kochanek, en professor i astronomi og en Eminent Scholar ved Ohio State. Ved hjælp af billeder taget af det store binokulære teleskop (LBT) og Hubble-rumteleskopet (HST) gennemførte han og hans kolleger en række observationer af en rød supergiant-stjerne ved navn N6946-BH1.
For at nedbryde dannelsesprocessen af sorte huller, i henhold til vores nuværende forståelse af livscyklussen for stjerner, dannes et sort hul, efter at en stjerne med meget stor masse oplever en supernova. Dette begynder, når stjernen har udtømt sin forsyning med brændstof og derefter gennemgår et pludseligt massetab, hvor den ydre skal af stjernen kaster ud og efterlader en resterende neutronstjerne.
Derefter efterfølges af elektroner, som igen sætter sig fast på brintioner, der er blevet kastet, hvilket får en lys opblussen. Når brintfusionen stopper, begynder den stjernesterende at køle af og falme; og til sidst kondenseres resten af materialet til dannelse af et sort hul.
I de senere år har flere astronomer imidlertid spekuleret i, at stjerner i nogle tilfælde vil opleve en mislykket supernova. I dette scenarie afslutter en meget stor masse af sin stjerne sin livscyklus ved at forvandle sig til et sort hul, uden at det sædvanlige massive energiudbrud sker på forhånd.
Som Ohio-teamet bemærkede i deres undersøgelse - med titlen "Søgningen efter mislykkede supernovaer med det store binokulære teleskop: bekræftelse af en forsvindende stjerne" - kan dette være, hvad der skete med N6946-BH1, en rød supergiant, der har 25 gange massen af vores Solen ligger 20 millioner lysår fra Jorden.
Ved hjælp af oplysninger opnået med LBT bemærkede teamet, at N6946-BH1 viste nogle interessante ændringer i dens lysstyrke mellem 2009 og 2015 - da der blev foretaget to separate observationer. I 2009-billederne vises N6946-BH1 som en lys, isoleret stjerne. Dette var i overensstemmelse med arkivdata taget af HST tilbage i 2007.
Data indhentet af LBT i 2015 viste imidlertid, at stjernen ikke længere var synlig i den synlige bølgelængde, hvilket også blev bekræftet af Hubble-data fra samme år. LBT-data viste også, at stjernen i flere måneder i løbet af 2009 oplevede en kort, men intens opblussen, hvor den blev en million gange lysere end vores sol og derefter stadigt forsvandt.
De konsulterede også data fra Palomar Transit Factory (PTF) -undersøgelsen til sammenligning samt observationer foretaget af Ron Arbor (en britisk amatørastronom og supernovajæger). I begge tilfælde viste observationerne tegn på en bluss i løbet af en kort periode i 2009 efterfulgt af en stabil fade.
I sidste ende var denne information alt i overensstemmelse med den mislykkede supernova-sort hulmodel. Som professor Kochanek, hovedforfatteren af gruppens papir - - fortalte Space Magazine via e-mail:
”I det mislykkede supernova / sort huldannelsesbillede af denne begivenhed drives den forbigående af den mislykkede supernova. Stjernen, vi ser før begivenheden, er en rød supergiant - så du har en kompakt kerne (størrelse på jorden) ud af det brændende brændstofskal, og derefter en enorm, puffet udvidet kuvert med for det meste brint, der muligvis strækker sig ud til Jupiters skala kredsløb. Denne konvolut er meget svagt bundet til stjernen. Når stjernens kerne kollapser, falder tyngdekraften med nogle få tiendedele af solens masse på grund af energien, der føres væk af neutrinoer. Dette fald i stjernens tyngdekraft er nok til at sende en svag chokbølge gennem den puffede konvolut, der sender den væk. Dette producerer en kølig, lav-lysstyrke (sammenlignet med en supernova, ca. en million gange solens lysstyrke) kortvarig, der varer omkring et år og drives af rekombinationsenergien. Alle atomer i den puffede kuvert blev ioniseret - elektroner, der ikke er bundet til atomer - når den udkastede konvolut udvides og afkøles, bliver elektronerne alle bundet til atomerne igen, hvilket frigiver energien til at drive den kortvarige. Det, vi ser i dataene, stemmer overens med dette billede. ”
Naturligvis overvejede holdet alle tilgængelige muligheder for at forklare den pludselige "forsvinden" af stjernen. Dette omfattede muligheden for, at stjernen var indhyllet i så meget støv, at dens optiske / UV-lys blev absorberet og genudsendt. Men som de fandt, stemte dette ikke overens med deres observationer.
"Grundlæggende er, at ingen modeller, der bruger støv til at skjule stjernen, virkelig fungerer, så det ser ud til, at hvad der er der nu, skal være meget mindre lysende end den allerede eksisterende stjerne." Kochanek forklarede. "Inden for rammerne af den mislykkede supernovamodel er det resterende lys i overensstemmelse med det sene tidsforfald af emission fra materiale, der hæver sig på det nydannede sorte hul."
Naturligvis er der behov for yderligere observationer, før vi kan vide, om dette var tilfældet eller ej. Dette vil sandsynligvis involvere IR- og røntgenopgaver, såsom Spitzer-rumteleskopet og Chandra-røntgenobservatoriet, eller et af de mange næste generations rumteleskoper, der skal udsættes i de kommende år.
Derudover håber Kochanek og hans kolleger at fortsætte med at overvåge det mulige sorte hul ved hjælp af LBT og ved at besøge genstanden igen med HST om cirka et år fra nu. ”Hvis det er sandt, skal vi fortsætte med at se objektet forsvinde med tiden,” sagde han.
Unødvendigt at sige, hvis sandt, ville denne opdagelse være en hidtil uset begivenhed i astronomiens historie. Og nyheden har bestemt fået sin andel af spænding fra det videnskabelige samfund. Som Avi Loeb - professor i astronomi ved Harvard University - udtrykte overfor Space Magazine via e-mail:
”Meddelelsen om den potentielle opdagelse af en stjerne, der kollapset for at gøre et sort hul, er meget interessant. Hvis det er sandt, vil det være den første direkte visning af fødestuen i et sort hul. Billedet er noget rodet (som ethvert fødestue) med usikkerhed omkring egenskaberne hos babyen, der blev leveret. Vejen til at bekræfte, at et sort hul blev født, er at detektere røntgenstråler.
”Vi ved, at der findes sorte huller i stjernemasse, senest takket være opdagelsen af tyngdekraftsbølger fra deres sammenfald af LIGO-teamet. For næsten firs år siden forudsagde Robert Oppenheimer og samarbejdspartnere, at massive stjerner kan kollapse til sorte huller. Nu har vi måske det første direkte bevis for, at processen faktisk sker i naturen.
Men selvfølgelig må vi minde os selv om, at det, vi kunne være vidne til med N6946-BH1, skete for 20 millioner år siden. Så fra dette potentielle sorte huls perspektiv er dens dannelse gamle nyheder. Men for os kunne det være en af de mest banebrydende observationer i astronomiens historie.
Ligesom plads og tid er betydning relativt til observatøren!
