תצפיות של VFTS 243 מספקות עדות לכך שחורים שחורים יכולים להיווצר ישירות מקריסה של כוכבים מסיביים, ללא פיצוץ סופרנובה קודם.
מערכת כוכבים בינאריים שהתגלתה לאחרונה, בשילוב עם מודלים חדישים של קריסת כוכבים, שפכו אור על האופן שבו נוצרים חורים שחורים בעלי מסה כוכבית. צוות בינלאומי של חוקרים ממכון מקס פלנק לאסטרופיזיקה וממכון נילס בוהר (NBI) באוניברסיטת קופנהגן מצא ראיות לכך שחורים שחורים מאסיביים יכולים להיווצר ללא פיצוצי הסופרנובה הדרמטיים הקשורים באופן מסורתי למוות כוכבים. במקום זאת, האנרגיה מההתמוטטות נסחפת בעיקר על ידי חלקיקי נייטרינו קלים, עם אסימטריה מינימלית. זה מביא רק ל"בעיטת לידה" קטנה עבור החדשים שנוצרוחור שחור.
מערכות בינאריות של חור שחור
במשך שנים, אסטרונומים ידעו על מערכות כוכבים בינאריות באזורשְׁבִיל הַחָלָבשבו כוכב אחד מזווג עם א. "הגילוי של VFTS 243 בינארי של חורים שחורים בענן המגלן הגדול השכן שלנו היה יוצא דופן, והמערכת עצמה יוצאת דופן", אומר אלחנדרו וינה-גומז, לשעבר חוקר פוסט-דוקטורט במכון נילס בוהר (NBI) וכעת ב-Max מכון פלאנק לאסטרופיזיקה (MPA). VFTS 243 מורכב מכוכב מסיבי, פי 25 מסה של השמש, יחד עם חור שחור פי 10 בערך מסה של השמש.
פיצוצי סופרנובה והשפעתם
כוכבים שמסיביים פי כמה מהשמש מסיימים לעתים קרובות את חייהם בפיצוצים דרמטיים הנקראים. במהלך אירועים אלה, ליבת המתכת הצפופה של הכוכב קורסת, ומשחררת אנרגיה עצומה, בעיקר בצורת ניטרינו. השכבות החיצוניות של הכוכב נפלטות אז בחלל באלימות במהירויות של מאות עד אלפי קילומטרים בשנייה. חומר שנפלט זה, שיכול להיות שווה פי כמה ממסת השמש, יוצר אסימטריות בקנה מידה גדול בשרידי הפיצוץ, שניתן להבחין בהן גם זמן רב לאחר התרחשות הסופרנובה.
אסימטריות אלה ופליטות המוניות משפיעות ישירות על השריד הצפוף מאוד בליבה, זה החדש שנוצרכוכב נויטרונים, שחווה רתיעה - בעיטת לידה - שיכולה לשנות בפתאומיות את מהירותה. ישנן עדויות רבות לבעיטות לידה אלו עבור כוכבי נויטרונים, כאשר אנו רואים אותם נעים במהירויות גדולות לאורך שביל החלב. עם זאת, עבור העצמים הקומפקטיים המאסיביים ביותר הידועים, חורים שחורים, בעיטות לידה אלו אינן מובנות היטב. חורים שחורים כוכביים כאלה נוצרים בהתמוטטות של כוכבים מסיביים, במיוחד כאשר הפיצוץ אינו מצליח והחומר הנופל מתמוטט על עצמו.
חקר היווצרות חור שחור ללא פיצוצים
הגילוי האחרון של כוכבים "נעלמים" מצביע על כך שחלק גדול מהכוכבים המאסיביים הקורסים יוצרים חורים שחורים ללא כל פיצוץ, שבניגוד לסופרנובות הבהירות איננו יכולים לצפות בהם. עם זאת, לא ברור כמה מסה הכוכבים האלה מאבדים במהלך היווצרות חורים שחורים, או כמה גדולות הבעיטות שלהם בלידה. אם הכוכב המאסיבי קורס ישירות לתוך חור שחור, שום חומר בריוני לא נפלט, ואנרגיה אובדת בעיקר באמצעות נויטרינו. "VFTS 243 אפשר לנו לבדוק את התרחיש הזה", אומר Vigna-Gómez.
שרטוט של פליטה א-סימטרית של חומר וכתוצאה מכך בעיטה מולדת בכוכב הנייטרונים שזה עתה נולד. קרדיט: איור 1 מתוך Janka 2013
תובנות מהמערכת הבינארית VFTS 243
הצוות חקר את תרחיש הקריסה המלאה של החור השחור הבינארי VFTS 243, שבו כוכב מסיבי פי עשרה מהשמש בשלב הסופי שלו סיכם את מחזור חייו באמצעות התפרצות. בעזרת מודלים חדישים של קריסת כוכבים שפותחו ב-MPA, הם חישבו את ההשפעות על מסלולה של מערכת כוכבים דו-נאריים במהלך היווצרות החורים השחורים. בתרחיש הקריסה המוחלטת, אנרגיית הכריכה הכבידתית העצומה המשתחררת במהלך היווצרות חורים שחורים נסחפת אך ורק על ידי החלקיקים הניטרלים והקלים בעלי אינטראקציה חלשה הידועים בשם ניטרינו.
מסקנת המחקר על היווצרות חור שחור
"חקירת התהליכים הפיזיקליים המתרחשים בפנים העמוק ביותר של כוכבים קורסים היא קשה ביותר ואפשרית רק בנסיבות מיוחדות", אומר ה.-תומס ינקה, תיאורטיקן סופרנובה ב-MPA. "החור השחור שנצפה במערכת הבינארית VFTS 243 הוא מקרה מיוחד כל כך", מוסיף דניאל קרסה, חוקר פוסט-דוקטורט בקבוצתו של ינקה. "זה איפשר לנו להסיק, בפעם הראשונה, שניטרינו נפלטים כמעט באותה מידה בכל הכיוונים כאשר האב המאסיבי התמוטט ויוצר את החור השחור."
"המחקר שלנו הוא דוגמה מצוינת לסינרגיה בין תיאוריה ותצפיות", מסכם Vigna Gómez. "השילוב של מודלים מספריים מתקדמים של קריסת כוכבים עם עקרונות הסופרנובות במערכות כוכבים בינאריות, אפשר לנו לקבל תובנות מכריעות על תרחיש הקריסה השלמה, במיוחד להוכיח שחורים שחורים מאסיביים יכולים להיווצר ללא פיצוץ."
התייחסות: "אילוצים על בעיטות נוטרינו נטל מ-Black-Hole Binary VFTS 243" מאת אלחנדרו ויג'נה-גומז, ריינהולד ווילקוקס, איירין טמבורה, איליה מנדל, מתייה רנצו, טום וואג, הנס-תומס ינקה, דניאל קרסה, ג'וליה בודנשטיינר, תומר שנאר ותומס מ. טאוריס, 9 במאי 2024,מכתבי סקירה פיזית.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.191403
