Astronomové objevili přímou souvislost mezi explozivním zánikem masivních hvězd a vznikem nejkompaktnějších a nejzáhadnějších objektů ve vesmíru: černých děr a neutronových hvězd.

S pomocí dalekohledu ESO VLT (Very Large Telescope) a dalekohledu ESO NTT (New Technology Telescope) se dvěma týmům podařilo pozorovat následky exploze supernovy v blízké galaxii a najít důkazy o záhadném kompaktním objektu, který po sobě zanechala.

Když masivní hvězdy dosáhnou konce svého života, zhroutí se pod vlastní gravitací tak rychle, že dojde k prudkému výbuchu známému jako supernova. Astronomové se domnívají, že po vzrušující explozi zůstane jen velmi husté jádro – kompaktní pozůstatek hvězdy.

V závislosti na tom, jak je hvězda hmotná, bude kompaktní pozůstatek buď neutronovou hvězdou – objektem tak hustým, že čajová lžička jeho materiálu by zde na Zemi vážila asi bilion kilogramů – nebo černou dírou – objektem, ze kterého nemůže uniknout nic, dokonce ani světlo.

Astronomové v minulosti našli mnoho vodítek, která tento řetězec událostí naznačují. Příkladem může být nalezení neutronové hvězdy v Krabí mlhovině, plynném oblaku, který zůstal po výbuchu hvězdy před téměř tisíci lety.

Nikdy předtím však neviděli tento proces probíhat v reálném čase. Přímý důkaz supernovy zanechávající po sobě kompaktní pozůstatek stále nepřicházel. „V naší práci jsme takovou přímou souvislost prokázali,“ říká Ping Chen, vědecký pracovník Weizmannova vědeckého institutu v Izraeli a hlavní autor studie publikované v časopise Nature.

Průlom přišel v květnu 2022, kdy jihoafrický amatérský astronom Berto Monard objevil supernovu SN 2022jli ve spirálním rameni blízké galaxie NGC 157, vzdálené 75 milionů světelných let. Dva nezávislé týmy zaměřily svou pozornost na následky této exploze a zjistily, že je svým chováním unikátní.

Po výbuchu supernovy její jasnost postupně slábne; astronomové pozorují plynulý pokles „světelné křivky“. Chování SN 2022jli se však vymyká: celková jasnost neklesá plynule, ale osciluje nahoru a dolů přibližně každých 12 dní.

„V datech SN 2022jli vidíme opakující se sekvenci zesilování a slábnutí,“ říká Thomas Moore, doktorand na Queen’s University Belfast v Severním Irsku, který vedl studii supernovy publikovanou koncem loňského roku v časopise Astrophysical Journal.

„Je to poprvé, co byly ve světelné křivce supernovy pozorovány periodické oscilace v průběhu mnoha cyklů,“ poznamenal Moore ve svém článku.

Mooreův i Chenův tým se domnívají, že by toto chování mohla vysvětlit přítomnost více než jedné hvězdy v systému SN 2022jli. Není neobvyklé, že se masivní hvězdy pohybují na oběžné dráze s další hvězdou v takzvaném binárním systému, a hvězda, ze které vznikla supernova SN 2022jli, nebyla výjimkou.

Pozoruhodné na tomto systému však je, že ona druhá hvězda zřejmě přežila násilnou smrt svého partnera a oba objekty kolem sebe pravděpodobně nadále obíhaly.

Data získaná Moorovým týmem, která zahrnovala i pozorování ESO dalekohledem NTT v chilské poušti Atacama, neumožnila přesně určit, jak interakce mezi oběma objekty způsobila oscilace světelné křivky. Chenův tým měl však k dispozici i další pozorování.

Kromě oscilací ve viditelném světle, které objevil i Moorův tým, zaznamenal periodické pohyby vodíkového plynu a gama záření. Potřebná data sesbírala flotila přístrojů na zemi i ve vesmíru, včetně přístroje X-shooter na ESO dalekohledu VLT, který se rovněž nachází v Chile.

Když si oba týmy daly dohromady všechny indicie, shodly se na následujícím scénáři: materiál vyvržený během výbuchu supernovy „načechral“ atmosféru hvězdného společníka bohatou na vodík. Kompaktní objekt, který zůstal po explozi, pak prolétl na své dráze atmosférou společníka, „ukradl“ část jeho vodíkového plynu a vytvořil kolem sebe horký disk.

Toto periodické „kradení“ hmoty, neboli akrece, uvolňovalo velké množství energie, což se projevovalo jako oscilace jasnosti.

Přestože týmy nemohly pozorovat samotný kompaktní objekt, dospěly k závěru, že tato akrece může být způsobena pouze skrytou neutronovou hvězdou nebo možná černou dírou, která přitahuje hmotu z nadýchané atmosféry hvězdného společníka.

„Náš výzkum je jako hlavolam, který lze vyřešit jen shromážděním všech možných důkazů,“ říká Chen. „Jednotlivé kousky skládačky nás vedou k pravdě.“.

I poté, co byla potvrzena přítomnost černé díry nebo neutronové hvězdy, se vznáší kolem tohoto záhadného systému ještě mnoho otázek. Co je přesná povaha kompaktního objektu a jaký konec by mohl tento binární systém čekat?

K tomu napomohou dalekohledy nové generace, jako je například ESO dalekohled Extremely Large Telescope, jehož provoz má být zahájen koncem tohoto desetiletí, a který astronomům umožní odhalit dosud nevídané detaily tohoto jedinečného systému.

Zdroj a foto: Evropská jižní observatoř