Supernova, kterou nepřehlédnete. Kredit: James Josephides / Swinburne University of Technology.

Hvězdy jsou vlastně takové velké fúzní reaktory poháněné vodíkem a dalšími lehkými prvky. Vyrábějí energii jadernou fúzí těchto atomů na atomy těžších prvků ve svém hvězdném jádru. Nejprve fúzují vodík na helium, pak helium na uhlík, kyslík, a nakonec vzniká železo. Fúzní energie přitom nejen pohání záření hvězdy, ale také poskytuje tlak, který uvnitř hvězdy vyrovnává drtivé síly gravitace. Díky tomuto tlaku zůstávají hvězdy v rovnováze. Dokud mají palivo.

Ariadna Murguia-Berthie. Kredit: Conacyt, CD/YC.

Když dojde na železo, tak už fúzní reaktor v nitru hvězdy spíše energii spotřebovává na svůj chod, než aby ji uvolňoval a udržoval tím hvězdu v rovnováze. Proto u hvězd větší velikosti dojde k tomu, že se železné jádro hvězdy vlivem nesmírné gravitace hmoty hvězdy smrští a extrémním stlačením hmoty vytvoří bizarní neutronovou hvězdu. Anebo pokud je původní hvězd dost velká, kolaps nitra hvězdy pokračuje až do okamžiku, kdy vznikne nenasytná singularita černé díry.

Zrození hvězdné černé díry obvykle ohlašuje extrémně jasná a nesmírně energetická exploze supernovy, kterou je obtížné přehlédnout i v hodně vzdáleném vesmíru. Nicméně, jak jsme postupně zjistili, některé masivní hvězdy se mohou zhroutit do fyzikálně neuvěřitelné černé díry bez jásavé exploze supernovy. Jak je to ale možné?

Úspěšně zhroucená černá díra nejspíš nepotřebuje ohňostroj supernovy. Kredit: NASA's Goddard Space Flight Center.

Na tuhle otázku se snažil odpovědět tým odborníků, který vedla doktorandka Ariadna Murguia-Berthie z americké University of California Santa Cruz. Simulovali různé scénáře kolapsu rotujícího plynu hroutící se hvězdy do černé díry. Výsledky simulací ukázaly, že když takový plyn na počátku rotuje příliš rychle, tak nedojde k jeho kompletnímu zhroucení do černé díry. Namísto tohoto plyn zůstane v podobě oblaku tvaru prstence, který obkružuje černou díru v oblasti jejího rovníku.

Badatelé se domnívají, že když v takovém případě do rotujícího „donutu“ vrazí teplo vytvořené kolabujícím plynem, tak obvykle dojde k explozi připomínající supernovu. Zároveň se ale ukazuje, že malé procento takových hvězd, jejichž rychlost rotace je na spodní hranici rotace potřebné k vytvoření „donutu“ plynu, se zhroutí do černé díry bez jediného „výkřiku“. Zcela nenápadně.

Podle autorů studie je nanejvýš vzrušující takto spojit rovnice obecné relativity, sofistikované počítačové simulace, modelování hvězd a nejnovější pozorování k tomu, abychom zkoumali osudy masivních hvězd a vznik černých děr, k němuž dochází při zániku těchto obrů.

Literatura

ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) 11. 6. 2020.

arXiv:2005.10212.