Smrt hvězdy. Studie v Nature přibližuje vzácný jev – slapové roztrhání hvězdy

Slapové roztrhání hvězdy je extrémně vzácnou událostí, kdy se objekt příliš přiblíží k černé díře a ta jej roztrhá gravitačními silami. Dlouhodobého sledování tohoto jevu se zúčastnila Christina Thöne z Astronomického ústavu AV ČR. Zapojila se prostřednictvím svých pozorovacích programů na dalekohledech umístěných na observatoři Calar Alto ve španělské Andalusii a na Kanárských ostrovech. Výsledky publikoval prestižní vědecký časopis Nature.

Co se děje ve vesmíru, když černá díra pohltí hvězdu? Co taková destrukce způsobí? Unikátní data přináší článek nazvaný A very luminous jet from disruption of a star by a massive black hole uveřejněný v časopise Nature. Členkou týmu, který poprvé zajistil dlouhodobé sledování slapového roztrhání hvězdy s výtryskem, byla odbornice na studium masivních hvězd astronomka Christina Thöne ze stelárního oddělení Astronomického ústavu AV ČR. 

K událostem slapového rozrušení (Tidal Disruption Event, TDE) dochází, když se objekt, často hvězda, příliš přiblíží k černé díře a ta jej roztrhá gravitačními silami. Obvykle jde o supermasivní černou díru, která se nachází v centru téměř každé galaxie. Slapové síly hvězdu roztrhají a vznikne z ní akreční disk, který černá díra postupně spotřebuje.

V některých, zřejmě velmi vzácných případech (méně než 1 %) toto slapové rozrušení dokonce vyvolá vznik relativistického výtrysku (jetu) s materiálem vyvrženým z černé díry rychlostí, která se blíží rychlosti světla. Materiál pak v důsledku srážek uvnitř výtrysku a srážek s okolním prostředím intenzivně září v rozsahu od rádiových vln přes světlo až po rentgenové záření.

Výtrysky jsou vzácné
Doposud bylo možné tyto takzvané výtryskové TDE objevit pomocí vysokoenergetických družic ve vesmíru. Naposledy se tak stalo v roce 2012, tedy před deseti lety. Objev „AT2022cmc“ z února letošního roku však proběhl jinak. První autor článku Igor Andreoni, který působí na Joint Space-Science Institute (partnerské pracoviště University of Maryland a NASA Goddard Space Flight Center) vyvinul metodu pro vyhledávání možných událostí a včasné varování v rámci rozsáhlé pozemní optické přehlídky Zwicky Transient Facility umístěné na hoře Palomar v Kalifornii.

Observatoř Calar Alto se nachází na jihu Španělska ve výšce 2168 metrů nad mořem.

Včasné upozornění odstartovalo celosvětovou pozorovací kampaň, do níž se zapojily rentgenové a ultrafialové družice, pozemní optické a infračervené dalekohledy a několik radioteleskopů. Christina Thöne se na sledování podílela pomocí svých pozorovacích programů na dalekohledu o průměru 2,2 metru na observatoři Calar Alto na jihu Španělska a na obřím dalekohledu Gran Telescopio Canarias o průměru 10,4 metru, který se nachází na Kanárských ostrovech.

Dalekohled umístěný na Kanárských ostrovech byl důležitý zejména pro získání časové řady v infračerveném oboru, díky které šel určit vývoj širokopásmového spektrálního rozložení, tedy diagramu toho, jaké světlo objekt vyzařoval na různých frekvencích od rádia po rentgenové záření.

Slapové roztrhání hvězdy s výtryskem

Pozorování prokázala, že událost měla dvě emisní složky: záření absolutně černého tělesa ze zbytků samotné roztržené hvězdy a synchrotronovou emisi z výtrysku. Širokopásmová pozorování odhalila několik změn v těchto složkách emise. Spektrum události ukázalo, že se nacházela v kosmologické vzdálenosti 8,5 miliardy světelných let neboli na rudém posuvu z = 1,1.

Pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu a radioteleskopů se velmi přesně podařilo určit polohu události. Její světlo však stále přesvěcuje mateřskou galaxii, a tak bude třeba další pozorování, aby bylo možné určit, kde v její mateřské galaxii se událost odehrála. V porovnání s jinými jevy, které produkují výtrysky (například záblesky záření gama), se zdá, že plyn, který pohlcuje část světla ve specifických spektrálních čarách, má podobné vlastnosti. Galaxie, ve kterých se tyto dva jevy stávají, by se tedy nemusely příliš lišit.

Rozdíl ve vzniku „normálního“ a „výtryskového“ TDE zatím vědci zcela neobjasnili. Jedna z teorií předpokládá, že výtryskové TDE vyžadují velmi rychle rotující černou díru, která výtrysk pohání. K lepšímu porozumění těchto událostí, ale také k pochopení procesů odehrávajících se v centrálních černých dírách vzdálených galaxií tak přispějí až budoucí výzkumy.

Tisková zpráva v plném znění je k dispozici zde.

Připravila: Markéta Wernerová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy Astronomického ústavu AV ČR
Foto: Carl Knox (OzGrav, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, Swinburne University of Technology); Shutterstock; Zwicky Transient Facility / R.Hurt (Caltech/IPAC)

Přečtěte si také

• V Praze odstartovala největší mezinárodní konference o materiálovém modelování
• Z čeho se skládá kosmické záření? Napoví přelomová metoda českého fyzika
• Tuk je možné vydolovat i z tisíce let staré keramiky, říká Veronika Brychová
• Svérázná říše umělé inteligence. Máme se jako lidstvo bát, nebo být nadšení?
• Přelomové datování. První lidé přišli do Evropy už před 1,4 milionu let
• Přitažlivá nepřitažlivost. Vědci experimentálně potvrdili novou formu magnetismu
• Krása neviditelného krystalu. Jak se zkoumá skrytý svět atomů a molekul
• Planetky neboli asteroidy: jak pomáhají vědcům při dobývání a výzkumu vesmíru
• Nová krystalografická metoda pomůže ve vývoji léků i rychlejších počítačů
• Dva bratři Jungwirthové, dva prestižní evropské granty ve výši 120 milionů korun