Stele masive de aproximativ opt ori mai masive decât soarele explodează, devenind supernove la sfârșitul vieții lor. Exploziile, care lasă în urmă o gaură neagră sau o stea neutronică, sunt atât de energetice încât pot eclipsa galaxiile gazdă timp de luni de zile. Astronomii par să fi reperat o stea masivă care a sărit peste explozie și s-a transformat direct într-o gaură neagră.
Stelele sunt echilibrări între forța exterioară a fuziunii și forța interioară a propriei gravitații. Atunci când o stea masivă intră în ultimele etape ale evoluției sale, începe să rămână fără hidrogen, iar fuziunea sa slăbește. Forța exterioară a fuziunii nu mai poate contracara gravitația puternică a stelei, iar steaua se prăbușește pe sine. Rezultatul este o explozie de supernovă, un eveniment ccataclismic, care distruge steaua și lasă în urmă o gaură neagră sau o stea neutronică.
Cu toate acestea, se pare că uneori aceste stele nu explodează ca supernove și se transformă direct în găuri negre.
O nouă cercetare arată cum o stea supergigantă masivă, lipsită de hidrogen, din galaxia Andromeda (M31) nu a reușit să explodeze ca supernovă. Cercetarea, postată pe serverul de preprinturi arXiv, se intitulează „Dispariția unei stele masive care marchează nașterea unei găuri negre în M31”. Autorul principal este Kishalay De, cercetător postdoctoral la Kavli Institute for Astrophysics and Space Research din cadrul MIT. Aceste tipuri de supernove sunt numite supernove cu colaps al miezului, cunoscute și sub denumirea de tip II. Ele sunt relativ rare, în Calea Lactee producându-se una la aproximativ 100 de ani. Oamenii de știință sunt interesați de supernove deoarece acestea sunt responsabile de crearea multor elemente grele, iar undele lor de șoc pot declanșa formarea stelelor. De asemenea, ele creează raze cosmice care pot ajunge pe Pământ.
Această nouă cercetare arată că este posibil să nu înțelegem supernovele la fel de bine cum credeam. Steaua în cauză se numește M31-2014-DS1. Astronomii au observat-o strălucind în infraroșul mediu în 2014. Timp de o mie de zile, luminozitatea sa a fost constantă. Apoi, timp de încă o mie de zile, între 2016 și 2019, s-a estompat dramatic. Este o stea variabilă, dar asta nu poate explica aceste fluctuații. În 2023, a fost nu a mai fost detectată în observațiile de imagistică optică. Cercetătorii spun că steaua s-a născut cu o masă inițială de aproximativ 20 de mase stelare și a ajuns la faza sa terminală de ardere nucleară cu aproximativ 6,7 mase stelare. Observațiile lor sugerează că steaua este înconjurată de un înveliș de praf ejectat recent, în conformitate cu o explozie de supernovă, dar nu există dovezi ale unei explozii optice.
„Stingerea dramatică a stelei M31-2014-DS1 este excepțională în peisajul variabilității stelelor masive și evoluate”, scriu autorii. „Declinul brusc al luminozității în M31-2014-DS1 indică încetarea arderii nucleare împreună cu un șoc ulterior care nu reușește să depășească materialul aflat în infuzie”. Explozia unei supernove este atât de puternică încât depășește complet materialul care se afundă. „În lipsa oricărei dovezi pentru o explozie luminoasă la o asemenea apropiere, observațiile M31-2014-DS1 indică semnăturile unei SN „eșuate” care duce la prăbușirea nucleului stelar”, explică autorii.
Supernovele sunt evenimente complexe. Densitatea din interiorul unui miez care se prăbușește este atât de extremă încât electronii sunt forțați să se combine cu protonii, creând neutroni și neutrini. Acest proces produce o explozie puternică de neutrini care transportă aproximativ 10% din energia masei de repaus a stelei. Explozia se numește șoc neutrinic. Neutrinii își iau numele de la faptul că sunt neutri din punct de vedere electric și interacționează rareori cu materia obișnuită. În fiecare secundă, aproximativ 400 de miliarde de neutrini de la Soarele nostru trec prin fiecare persoană de pe Pământ. Dar într-un nucleu stelar dens, densitatea neutrinilor este atât de mare încât unii dintre ei își depun energia în materialul stelar din jur. Aceasta încălzește materialul, ceea ce generează o undă de șoc. Șocul neutrinilor se oprește întotdeauna, dar uneori se reactivează. Atunci când se reactivează, provoacă o explozie și expulzează stratul exterior al supernovei. Dacă nu este revigorată, unda de șoc eșuează, iar steaua se prăbușește și formează o gaură neagră.
În M31-2014-DS1, șocul cu neutrini nu a fost reactivat. Cercetătorii au reușit să constrângă cantitatea de materie ejectată de stea, iar aceasta a fost mult sub ceea ce ar ejecta o supernovă. „Aceste constrângeri implică faptul că majoritatea materialului stelar (≳5 mase solare) s-a prăbușit în nucleu, depășind masa maximă a unei stele neutronice (NS) și formând un BH”, concluzionează ei. Aproximativ 98% din masa stelei s-a prăbușit și a creat o gaură neagră cu aproximativ 6,5 mase solare.
M31-2014-DS1 nu este singura supernovă eșuată, sau supernovă candidat eșuată, pe care astronomii au descoperit-o. Acestea sunt greu de observat deoarece sunt caracterizate mai degrabă de ceea ce nu se întâmplă decât de ceea ce se întâmplă. O supernovă este greu de ratat pentru că este foarte strălucitoare și apare brusc pe cer. Astronomii antici au înregistrat mai multe dintre ele. În 2009, astronomii au descoperit singura altă supernovă eșuată confirmată. Era o stea roșie supergigantă din galaxia NGC 6946, „Galaxia artificiilor”. Se numește N6946-BH1 și are aproximativ 25 de mase solare. După ce a dispărut din peisaj, a lăsat doar o slabă strălucire în infraroșu. În 2009, luminozitatea sa a crescut la un milion de luminozități solare, dar până în 2015, nu a mai putut fi observată cu instrumentele optice.
Un studiu realizat cu Large Binocular Telescope a monitorizat 27 de galaxii din apropiere, căutând stele masive care au dispărut. Rezultatele sugerează că între 20% și 30% dintre stelele masive își pot încheia viața ca supernove eșuate. Cu toate acestea, M31-2014-DS1 și N6946-BH1 sunt singurele observații confirmate.
