Za extrémní explozí se skrývá roztrhání hvězdy rotující černou dírou

Až dosud se vědci domnívali, že mimořádně jasný bodový zdroj světla, který zaznamenali v roce 2015 v jedné vzdálené galaxii, byl nejjasnější supernovou, jakou kdy spatřili. Ale následná pozorování objektu, který dostal označení ASASSN-15lh, provedená řadou přístrojů včetně dalekohledů ESO jeho původní klasifikaci nyní zpochybňují. Tým astronomů pracující s daty proto navrhuje nové vysvětlení. Původcem pozorovaného jevu mohla být událost ještě mimořádnější a vzácnější – roztrhání a zánik hvězdy v blízkosti rychle rotující černé díry.

V roce 2015 zaznamenal automatický přehlídkový systém pro detekci supernov ASAS-SN(All Sky Automated Survey for SuperNovae) mimořádný jev, který dostal označení ASASSN-15lh. Vědci dospěli k závěru, že se jedná o nejjasnější supernovu, jakou kdy pozorovali. Jev byl klasifikován jako ‚super-zářivá supernova‘ (superluminous supernova), tedy exploze mimořádně hmotné hvězdy v závěrečné fázi jejího života. Svou absolutní jasností dvakrát převýšila dosavadní rekordní explozi supernovy a v maximu vyzařovala 20krát více světla než celá naše Galaxie.

Giorgos Leloudas (Weizmann Institute of Science, Izrael; Dark Cosmology Centre, Dánsko) a mezinárodní tým jeho spolupracovníků však na základě následných pozorování galaxie vzdálené asi 4 miliardy světelných let od nás, ve které k explozi došlo, navrhli nové vysvětlení tohoto mimořádného jevu.

Po explozi jsme tento zdroj sledovali pravidelně celých deset měsíců a dospěli jsme k názoru, že je nepravděpodobné, aby se jednalo o mimořádně jasnou supernovu. Naše výsledky naznačují, že jev byl pravděpodobně způsoben rychle rotující černou dírou, která zničila hvězdu o nízké hmotnosti,“ vysvětluje Giorgos Leloudas.

Podle navrhovaného scénáře superhmotná černá díra (supermassive black hole) sídlící v centru této galaxie roztrhala hvězdu o velikosti Slunce, která se přiblížila příliš blízko. Tento jev bývá označován jako slapové roztrhání (tidal disruption event) a byl dosud pozorován jen asi desetkrát. Během procesu dochází k protahování tělesa hvězdy (někdy je pro popis této fáze používán termín “špagetifikace”, anglicky “spaghettified”) a následné rázové vlny kolidujících zbytků spojené s teplem vytvořeným během jejich akrece na černou díru vedou k intenzivnímu světelnému záblesku. Díky tomu tento jev skutečně může připomínat velmi jasnou supernovu, i když hvězda sama by se kvůli nízké hmotnosti nikdy supernovou nestala.

Členové týmu postavili své závěry na sérii pozorování, která získali pomocí řady dalekohledů na zemi i ve vesmíru. Mezi nimi byli ESO/VLT (Very Large Telescope) na observatoři Paranal, ESO/NTT (New Technology Telescope) na observatoři La Silla a také kosmický teleskop HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope) [1]. Pozorování provedená pomocí dalekohledu NTT probíhala v rámci projektu PESSTO (Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects), který se zaměřuje na spektroskopii přechodných astronomických jevů.

Je zde řada nezávislých aspektů, které ukazují, že v případě tohoto jevu se skutečně jednalo o slapové roztržení a nikoliv o super-zářivou supernovu,“ vysvětluje spoluautor práce Morgan Fraser (University of Cambridge, UK; nyní University College Dublin, Irsko).

Především se ukázalo, že během deseti měsíců po explozi nastaly tři dobře oddělené fáze celého jevu. Získaná data jako celek lépe odpovídají následkům slapového roztržení než explozi supernovy. Pravděpodobnost, že by se mohlo jednat o supernovu, dále snižuje zaznamenaný opětovný nárůst jasnosti na vlnových délkách ultrafialového záření, jakož i pozorované zvýšení teploty. Další problém je, že k jevu došlo v červené, hmotné a jinak neaktivní galaxii, což zdaleka není typické prostředí pro výskyt super-zářivé supernovy. K takovým jevům zpravidla dochází v modrých trpasličích galaxiích s intenzivními procesy formování nových hvězd (star-forming dwarf galaxies).

Ačkoliv členové týmu tvrdí, že se nepravděpodobné, aby se jednalo o supernovu, zároveň si uvědomují, že klasické slapové roztržení by rovněž nemuselo být adekvátním vysvětlením získaných pozorování. Člen týmu Nicholas Stone (Columbia University, USA) upřesňuje: „Proces slapového roztržení, který pro popis pozorovaného jevu navrhujeme, není možné aplikovat, pokud dotyčná černá díra nerotuje. Jsme přesvědčení, že v případě ASASSN-15lh skutečně šlo o slapové roztržení, ale odehrálo se u černé díry velmi konkrétních vlastností.

Simulace zachycuje hvězdu trhanou na kusy gravitačním slapovým působením superhmotné černé díry. Hvězda je protažena do tvaru špagety a po několika obězích vytvoří malý akreční disk. Vědci se domnívají, že mimořádně jasný jev ASASSN-15lh proběhl právě tímto způsobem. Kredit: ESO, ESA/Hubble, N. Stone, K. Hayasaki

Hmotnost sledované galaxie naznačuje, že veleobří černá díra v jejím centru musí mít hmotnost alespoň 100 milionů Sluncí. A černá díra takové hmotnosti by za normálních okolností neměla být schopna trhat hvězdy vně svého horizontu událostí (event horizon) – tedy hranice, pod kterou je úniková rychlost nadsvětelná a kterou nic nemůže opustit. Pokud se však jedná o takzvanou Kerrovu rychle rotující černou díru (Kerr black hole), situace se změní a uvedené omezení zde neplatí.

Přes veškerá data, která jsme získali, nemůžeme jev ASASSN-15lh se stoprocentní jistotou označit za slapové roztržení,“ dodává Giorgos Leloudas. „Je to však zdaleka nejpravděpodobnější vysvětlení.“