Hviezdne príšery sa nezrážajú
Astrofyzici z Astronomického observatória Fakulty fyziky na Varšavskej univerzite zistili, že prvé takéto zrážky sa nestanú skôr ako za niekoľko miliárd rokov.
Toto je hmlovina Tarantula (30 Doradus) vo Veľkom Magellanovom mračne, ktorú vyfotografoval Hubblov vesmírny ďalekohľad. Tu boli nedávno objavené hviezdy s hmotnosťou 200 až 300 krát väčšou ako naša Slnko.
Zdroj: NASA, ESA, F. Paresce (INAF-IASF, Bologna, Taliansko), R. O'Connell (University of Virginia, Charlottesville) a The Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee
Astronómovia sa dlho domnievali, že najväčšie hviezdy vo vesmíre nepresahujú odhadovanú hmotnosť 150 slnečných hmôt. Pred tromi rokmi však boli v Magellanovych oblakoch objavené hviezdy s hmotnosťou medzi 200 až 300-násobkom hmotnosti nášho Slnka, skutočné hviezdne príšery.
Tento objav vyvolal veľký záujem medzi astrofyzikmi, najmä medzi tými, ktorí sa podieľajú na detekcii gravitačných vĺn. Keby tieto hviezdne príšery pochádzali z úzko súvisiacich binárnych hviezdnych systémov, bolo by možné pozorovať zrážky medzi ich pozostatkami. Gravitačné vlny vyplývajúce z takýchto udalostí by boli dosť silné na to, aby ich naše súčasné detektory dokázali detekovať, aj keby sa odohrávali na oveľa väčších vzdialenostiach ako tie, kde sú hviezdne čierne diery. „Nemôžeme sa však spoliehať na detekciu takýchto veľkolepých zrážok,“ hovorí doktor Krzysztof Belczyski z fyzikálnej fakulty Varšavskej univerzity.
Tím Dr. Belczyskeho diskutoval o svojom najnovšom výskume s účastníkmi 10. konferencie gravitačných vĺn Edoardo Amaldi, ktorá sa konala vo Varšave v súvislosti s 20. medzinárodnou konferenciou všeobecnej relativity. a gravitácia (GR20/Amaldi10).
Hviezdy s veľkými hmotnosťami môžu ukončiť svoj život dvoma spôsobmi: hmotu v nich možno vylúčiť do vesmíru alebo sa zrútiť pod vlastnou váhou do čiernej diery. Pred niekoľkými mesiacmi astrofyzici pod vedením doktorky Norhaslizy Yusof z univerzity v Kuala Lumpur pomocou počítačového modelovania demonštrovali, že niektoré supermasívne hviezdy môžu vytvárať čierne diery. To znamená, že Vesmír skutočne hostil binárne systémy zložené zo supermasívnych hviezd, ktoré sa neskôr vyvinuli alebo transformovali do systémov zložených z dvoch čiernych dier s oveľa väčšou hmotou, než aká sa zvyčajne pozorovala v čiernych dierach.
Objekty obiehajúce v úzko súvisiacich binárnych sústavách, pozostávajúce z neutrónových hviezd alebo bežných čiernych dier, strácajú v priebehu času energiu, čo spôsobuje, že zmenšovaním svojich obežných dráh sa k nim približuje a nakoniec k nim dôjde zrážka medzi nimi. Takáto zrážka môže mať efekt, ktorý môžu astronómovia pozorovať prostredníctvom silného výbuchu gama lúčov, a to by malo byť sprevádzané aj emisiou gravitačných vĺn. Doteraz však detekcia týchto gravitačných vĺn nebola úspešná. Detektory súčasného prúdu môžu iba „vidieť“ kolíziu bežných čiernych dier v miestnom vesmíre. Kolízia čiernych dier produkovaných supermasívnymi hviezdami je niečo iné. V takom prípade by gravitačné vlny mali byť dostatočne silné na to, aby byť v blízkej budúcnosti odhalený, ale takúto kolíziu nie je ľahké všimnúť.
Komponenty bežných binárnych hviezdnych systémov, ktoré majú hmotnosť 50 alebo dokonca 100 slnečných hmôt, sú tvorené vo vzájomnej vzdialenosti najmenej niekoľko stoviek alebo dokonca niekoľkých tisíc slnečných lúčov. Takéto objekty sa nemôžu formovať spolu na kratšiu vzdialenosť, pretože hustota hmoty vznikajúca v dôsledku tohto procesu sa zvyšuje a spôsobuje zrútenie hmoty do jednej hviezdy a binárny systém sa tak nemôže formovať. Preto, aby sa už vytvorená binárna sústava zrazila, musia jej zložky nejakým spôsobom stratiť svoju orbitálnu energiu. Je to spôsobené rýchlym vývojom jednej z jej zložiek, ktorá sa v určitom okamihu začína zväčšovať. Druhá zložka binárneho systému sa potom presunie do atmosféry svojho spoločníka a v dôsledku interakcie s ním rýchlo stratí energiu. Dôsledkom tejto tesnej obežnej dráhy je to, čo je známe ako bežný hviezdny jav.
„V binárnom systéme zloženom zo supermasívnych hviezd je situácia odlišná," hovorí Dr. Belczyski. „Vieme, že komponenty takého systému sa musia formovať v relatívne veľkej vzájomnej vzdialenosti. Vieme tiež, že že supermasívne hviezdy sa nerozširujú, takže nemôže nastať bežná fáza hviezdnej obálky. To znamená, že neexistuje žiadny fyzický proces, ktorý by skutočne mohol spôsobiť zmenšenie obežných dráh! “.
V tejto situácii je jediným procesom, ktorý umožňuje postupnú stratu energie zvyškov supermasívnych hviezd v binárnom systéme, emisia gravitačných vĺn. Ale gravitačné vlny vyžarované takýmto systémom pozostávajúcim zo zložiek vo veľkej vzdialenosti od seba, hviezd alebo čiernych dier, sú veľmi slabé a strata energie je pomalá.
„Potrvá viac ako desiatky miliárd rokov, alebo pravdepodobne stovky miliárd rokov, kým sa čierne diery zrazia. Toto je dlhšie obdobie ako čas od Veľkého tresku, takže nebudeme mať prakticky žiadnu šancu detekovať gravitačné vlny spôsobené takými zrážkami, ktoré sa vyskytujú na oblohe. Pokiaľ. “hovorí doktor Daniel Holz z Chicagskej univerzity.
Presne tak: pokiaľ sa súčasné modely vývoja hviezd a formovania dvojhviezdnych systémov v oblakoch prachu nemýlia. Pozorovanie veľkolepej hviezdnej katastrofy tohto typu vo vesmíre by bolo pre teórie súčasných astrofyzikov veľkolepou katastrofou.
Preložil George Cristian Podariu po hviezdnych príšerách, zrážkach, spektakulárnej katastrofe so súhlasom redaktora