Co se stane, když černá díra pohltí neutronovou hvězdu

Na připojeném obrázku je umělecká představa „prasklé“ neutronové hvězdy obíhající kolem černé díry. Než černá díra pohltí neutronovou hvězdu, slapové síly díky její obrovské gravitaci rozříznou povrch hvězdy, což způsobí zemětřesení a vznik trhlin. Na tomto obrázku je vidět, jak gravitace černé díry i neutronové hvězdy ohýbají náš pohled na pozadí. Neutronová hvězda, ačkoliv je méně hmotná než černá díra, má dostatečně silnou gravitaci, aby deformovala i pohled na černou díru.

Dva z nejextrémnějších vesmírných objektů – černé díry a neutronové hvězdy – se mohou po spirále sblížit do vzájemných vesmírných srážek, které rozbijí kůru, uvolní monstrózní rázové vlny a na okamžik napodobí pulsary.

Vědci z Caltechu použili pokročilé simulace k zachycení těchto dramatických událostí a předpověděli rádiové a rentgenové záblesky, které by mohly být zaznamenány teleskopy v posledních sekundách před tím, než neutronová hvězda zmizí v černé díře.

Nebeská dueta: Černé díry a neutronové hvězdy
V celém vesmíru existuje mnoho hvězd v párech, které obíhají kolem sebe v jakémsi vesmírném tanci. Některé z nejdramatičtějších dvojic však vůbec nejsou hvězdy – jsou to černé díry, ultrahusté pozůstatky masivních hvězd, které explodovaly v mohutných explozích supernov. Když dvě černé díry obíhají blízko sebe, nakonec se sblíží a srazí, čímž vytvoří ještě větší černou díru.

V jiných případech je partnerem černé díry neutronová hvězda. Neutronové hvězdy se také rodí z výbuchů supernov, ale jsou menší a méně hmotné než černé díry. Pokud se oba objekty dostanou dostatečně blízko, černá díra obvykle zvítězí a neutronovou hvězdu zcela pohltí.

Aby prozkoumali extrémní fyzikální zákonitosti tohoto prudkého kosmického setkání, využili vědci z Caltechu superpočítače. V nedávné studii publikované v časopise Astrophysical Journal Letters vytvořil tým vedený teoretickým astrofyzikem Eliasem Mostem dosud nejpodrobnější simulaci toho, co se děje těsně před pohlcením neutronové hvězdy. Jejich model ukazuje, jak zhruba jednu sekundu před splynutím začne kůra neutronové hvězdy praskat v mohutném zemětřesení vyvolaném intenzivní gravitací černé díry.

„Kůra neutronové hvězdy praskne stejně jako zem při zemětřesení,“ říká Most. „Gravitace černé díry nejprve rozřízne povrch, což způsobí otřesy hvězdy a otevření trhlin.“

Vizualizace neviditelného: Světlo z hvězdných trhlin 
Vědci sice již dlouho tušili, že neutronové hvězdy mohou před svým pohlcením praskat, ale poprvé se podařilo pomocí simulace ukázat, jaké světelné erupce by taková událost mohla vyvolat. Tato vzplanutí by mohla pomoci astronomům odhalit a studovat tato dramatická splynutí pomocí teleskopů zde na Zemi i ve vesmíru.

„Jde o více než pouhé modely tohoto jevu – jde o skutečnou simulaci, která zahrnuje veškerou relevantní fyziku probíhající při rozbití neutronové hvězdy jako vejce,“ říká spoluautorka Katerina Chatziioannou, odborná asistentka fyziky na Caltechu a stipendistka Williama H. Hurta.

Tyto tři publikované panely pocházejí ze superpočítačové simulace splynutí černé díry (velký černý kruh) a neutronové hvězdy (barevná skvrna). Obrázky, které se posouvají v čase zleva doprava, ukazují, jak intenzivní gravitace černé díry roztahuje neutronovou hvězdu, než ji nakonec pohltí.

Zrod monstrózních rázových vln
Ve druhém, novějším článku v časopise Astrophysical Journal Letters, publikovaném 31. března letošního roku, tým použil superpočítač k simulaci toho, co se stane po rozpadu neutronové hvězdy – krátkého milisekundového okna, kdy z hvězdy vystřelí monstrózní rázové vlny, nejsilnější předpokládané rázové vlny ve vesmíru. Tyto monstrózní rázové vlny byly teprve nedávno předpovězeny spoluautorem Andrejem Běloborodovem z Kolumbijské univerzity. Nyní tato simulace spolu s další z jiné studie, kterou tým publikoval v loňském roce, jako první ukazují, jak vznikají.

Nejnovější simulace navíc nekončí ve chvíli, kdy se vytvoří monstrózní rázové vlny – pokračuje tím, že ukazuje pohlcení neutronové hvězdy, které následně spustí vznik exotického objektu zvaného „pulsar černé díry“.

Vznik pulsaru černé díry 
Klasický pulsar je silně zmagnetizovaná neutronová hvězda, která vysílá paprsky záření, jež se při otáčení hvězdy kolem své osy šíří jako maják. Pulsar černé díry je hypotetický objekt, v němž černá díra vypouští magnetické větry, které by se při rotaci také rozlétávaly kolem ní a napodobovaly by vzhled pulsaru. Zatímco pulsary černých děr byly již dříve předpokládány, tato simulace je první, která ukazuje, jak by takový vzácný objekt mohl v přírodě skutečně vzniknout ze srážky neutronové hvězdy a černé díry.

„Když se neutronová hvězda ponoří do černé díry, spustí se monstrózní rázové vlny,“ říká Yoonsoo Kim, postgraduální student Caltechu spolupracující s Mostem a hlavní autor studie o monstrózních rázových vlnách a pulsarech v černých dírách. „Poté, co je hvězda pohlcena, vzniká bičující vítr, který vytváří pulsar černé díry. Černá díra však nedokáže své větry udržet a během několika sekund opět utichne.“

Stejně jako simulace, která znázorňuje, jak se neutronová hvězda rozpadá, předpovídá i tato simulace vlastnosti vzplanutí, které by astronomové mohli pozorovat dalekohledem. V prchavých okamžicích, kdy se monstrózní rázové vlny derou ven a vzniká pulsar černé díry, mohou teleskopy zachytit výtrysky rádiových vln nebo kombinaci rentgenového a gama záření. Stručně řečeno, simulace provedené Mostem a jeho kolegy umožňují hlubší pochopení fyziky, která je hnací silou některých z nejenergetičtějších událostí ve vesmíru.

Zdroj: https://scitechdaily.com/what-happens-when-a-black-hole-devours-a-neutron-star-star-quakes-and-monster-shock-waves/

autor: František Martinek