I nesten et halvt århundre har forskere abonner på teorien om at når en stjerne kommer til slutten av sin livssyklus, vil den gjennomgå en gravitasjonskollaps. På dette tidspunktet, forutsatt at det er nok masse til stede, vil denne kollapsen utløse dannelsen av et svart hull. Å vite når og hvordan et svart hull vil danne har lenge vært noe astronomer har oppsøkt.
Og hvorfor ikke? Å kunne være vitne til dannelsen av svart hull ville ikke bare være en fantastisk hendelse, det vil også føre til en skattekiste av vitenskapelige funn. Og i følge en fersk undersøkelse fra et team av forskere fra Ohio State University i Columbus, har vi kanskje endelig gjort nettopp det.
Forskningsteamet ble ledet av Christopher Kochanek, professor i astronomi og en Eminent Scholar ved Ohio State. Ved hjelp av bilder tatt av det store kikkertteleskopet (LBT) og Hubble-romteleskopet (HST), gjennomførte han og kollegene en serie observasjoner av en rød supergiant-stjerne ved navn N6946-BH1.
For å bryte dannelsesprosessen av sorte hull, i henhold til vår nåværende forståelse av livssyklusene til stjerner, dannes et svart hull etter at en veldig høymasse stjerne opplever en supernova. Dette begynner når stjernen har brukt opp tilførselen av drivstoff og deretter gjennomgår et plutselig massetap, der det ytre skallet til stjernen blir kastet, og etterlater en resterende nøytronstjerne.
Dette etterfølges av elektroner som festes igjen til hydrogenioner som er blitt støpt av, noe som får en lys oppblussing. Når hydrogensikringen stopper, begynner den stjernesterende avkjøling og blekner; og til slutt kondenserer resten av materialet til å danne et svart hull.
De siste årene har imidlertid flere astronomer spekulert i at stjerner i noen tilfeller vil oppleve en mislykket supernova. I dette scenariet avslutter en veldig høy masse-stjerne livssyklusen ved å forvandle seg til et svart hull uten at det vanlige massive energiutbruddet skjedde på forhånd.
Som Ohio-teamet bemerket i sin studie - med tittelen "Søket etter mislykkede supernovaer med det store kikkertteleskopet: bekreftelse av en forsvinner-stjerne" - kan dette være det som skjedde med N6946-BH1, en rød supergiant som har 25 ganger massen av vår Sol ligger 20 millioner lysår fra Jorden.
Ved å bruke informasjon innhentet med LBT bemerket teamet at N6946-BH1 viste noen interessante endringer i lysstyrken mellom 2009 og 2015 - da to separate observasjoner ble gjort. I 2009-bildene fremstår N6946-BH1 som en lys, isolert stjerne. Dette var i samsvar med arkivdata tatt av HST tilbake i 2007.
Data innhentet av LBT i 2015 viste imidlertid at stjernen ikke lenger var tydelig i den synlige bølgelengden, noe som også ble bekreftet av Hubble-data fra samme år. LBT-data viste også at stjernen i flere måneder i løpet av 2009 opplevde en kort, men intens oppblussing, der den ble en million ganger lysere enn sola vår, og deretter bleknet jevnlig bort.
De konsulterte også data fra Palomar Transit Factory (PTF) undersøkelsen for sammenligning, samt observasjoner gjort av Ron Arbor (en britisk amatørastronom og supernovajeger). I begge tilfeller viste observasjonene bevis på en fakkel i løpet av en kort periode i 2009 etterfulgt av en jevn falming.
Til slutt stemte denne informasjonen overens med den mislykkede supernova-svart hullmodellen. Som professor Kochanek, hovedforfatter av gruppens artikkel - - fortalte Space Magazine via e-post:
“I det mislykkede supernova / svart hulldannelsesbildet av denne hendelsen blir den forbigående drevet av den mislykkede supernovaen. Stjernen vi ser før hendelsen er en rød supergiant - så du har en kompakt kjerne (størrelse på jorden) ut det hydrogenforbrennende skallet, og deretter en enorm, puffet utvidet konvolutt med stort sett hydrogen som kan strekke seg ut til skalaen fra Jupiters bane. Denne konvolutten er veldig svakt bundet til stjernen. Når kjernen i stjernen kollapser, faller tyngdekraften med noen tideler av solens masse på grunn av energien som føres bort av nøytrinoer. Dette fallet i stjernens tyngdekraft er nok til å sende en svak sjokkbølge gjennom den puffede konvolutten som sender den bort. Dette gir en kjølig, lav-lysstyrke (sammenlignet med en supernova, omtrent en million ganger solens lysstyrke) forbigående som varer i omtrent ett år og drives av rekombinasjonsenergien. Alle atomene i den puffede konvolutten ble ionisert - elektroner som ikke er bundet til atomer - når den utkastede konvolutten utvides og avkjøles, blir elektronene alle bundet til atomene igjen, noe som frigjør energien til å drive den forbigående. Det vi ser i dataene stemmer overens med dette bildet. ”
Naturligvis vurderte teamet alle tilgjengelige muligheter for å forklare den plutselige "forsvinningen" av stjernen. Dette inkluderte muligheten for at stjernen var innhyllet i så mye støv at det optiske / UV-lyset ble absorbert og sendt ut igjen. Men som de fant, stemte ikke dette med observasjonene deres.
"Det viktigste er at ingen modeller som bruker støv for å skjule stjernen virkelig fungerer, så det ser ut til at det som er der nå må være mye mindre lysende enn den eksisterende stjernen." Kochanek forklarte. "I sammenheng med den mislykkede supernovamodellen er det gjenværende lys i samsvar med det sene tidsforfallet for utslipp fra materiale som tilføres det nyopprettede sorte hullet."
Naturligvis vil det være behov for ytterligere observasjoner før vi kan vite om dette var tilfelle eller ikke. Dette vil sannsynligvis innebære IR- og røntgenoppdrag, som Spitzer-romteleskopet og Chandra røntgenobservatorium, eller et av de mange neste generasjon romteleskoper som skal settes ut i løpet av de kommende årene.
I tillegg håper Kochanek og kollegene å fortsette å overvåke det mulige sorte hullet ved hjelp av LBT, og ved å besøke gjenstanden med HST på nytt om et år fra nå. "Hvis det er sant, bør vi fortsette å se objektet visne bort med tiden," sa han.
Unødvendig å si, hvis sant, ville denne oppdagelsen være en enestående hendelse i astronomiens historie. Og nyheten har helt sikkert fått sin del av spenningen fra det vitenskapelige samfunnet. Som Avi Loeb - professor i astronomi ved Harvard University - uttrykte overfor Space Magazine via e-post:
“Kunngjøringen om potensiell oppdagelse av en stjerne som kollapset for å lage et svart hull er veldig interessant. Hvis det er sant, vil det være den første direkte utsikten over leveringsrommet til et svart hull. Bildet er noe rotete (som ethvert fødestue), med usikkerhet rundt egenskapene til babyen som ble levert. Måten å bekrefte at et svart hull ble født på er å oppdage røntgenstråler.
”Vi vet at det eksisterer sorte hull i stjernemasse, sist takket være oppdagelsen av tyngdekraftsbølger fra deres sammenstøt av LIGO-teamet. For nesten åtti år siden spådde Robert Oppenheimer og samarbeidspartnere at massive stjerner kan kollapse til svarte hull. Nå har vi kanskje det første direkte beviset på at prosessen faktisk skjer i naturen.
Men selvfølgelig må vi minne oss selv på at det gitt avstand, hva vi kunne være vitne til med N6946-BH1 skjedde for 20 millioner år siden. Så sett fra dette potensielle sorte hullet, er dannelsen gammel nyhet. Men for oss kan det være en av de mest banebrytende observasjonene i astronomiens historie.
Mye som rom og tid, er betydning relativt til observatøren!
