Totalt stjernekollaps: usædvanligt stjernesystem viser, at stjerner kan dø i stilhed

En dag vil vores Sol begynde at udvide sig, til den er så stor, at den opsluger Jorden. Den vil blive mere og mere ustabil, ind til den til sidst trækker sig sammen til et lille tæt objekt, der kaldes en hvid dværg.

Men havde Solen været i en vægtklasse ca. otte gange større eller derover, ville den sandsynligvis gå ud med et gigantisk brag. Som en supernova, ville dens kollaps kulminere i en eksplosion, og sende energi og masse ud i verdensrummet med en enorm kraft, inden det efterlød en neutron stjerne eller et sort hul i sit sted.

Sådan lyder grundlæggende lærdom om tunge stjerners død, men der er fortsat meget at lære om stjernehimlen over os og disse stjerners spektakulære endeligt.

Ny forskning fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet præsenterer nu de hidtil stærkeste beviser for, at meget tunge stjerner kan ende deres dage langt mere hemmelighedsfuldt. Deres undersøgelser tyder på, at har en stjerne masse nok, når den dør, så kan tyngdekraften være så stærk, at eksplosionen slet ikke finder sted. I stedet gennemgår stjernen det totale kollaps.

”Vi tror, stjernens kerne kollapser under sin egen vægt, som det sker for alle tunge stjerner i den sidste fase af deres levetid. Men i stedet for at sammentrækningen kulminerer i en supernova-eksplosion, der ville skinne kraftigere end sin egen galakse - ligesom det er forventet af stjerner med mere end otte så meget masse som Solen, så fortsætter kollapset indtil stjernen bliver til et sort hul, ” forklarer førsteforfatter Alejandro Vigna-Gómez, der var postdoc på Niels Bohr Instituttet, da forskningsprojektet blev sat i søen.

Opdagelsen hænger sammen med fænomenet forsvindende stjerner, som de senere år har interesseret astronomer, og kan måske levere både et klart eksempel og en troværdig naturvidenskabelig forklaring på denne type af fænomener.

”Hvis man oplevede at stå og kigge på en synlig stjerne, der gennemgik totalt kollaps, så ville det muligvis på det helt rigtige tidspunkt være som at se en stjerne, der pludselig slukker og forsvinder fra stjernehimlen. Kollapset er så komplet, at du ikke har en eksplosion, intet slipper væk og man ser ingen lysende supernova på nattehimlen. I nyere tid har astronomer faktisk observeret kraftigt lysende stjerner, der pludselig forsvinder. Uden at vi kan være sikre på en forbindelse, så bringer de resultater, som vi har fået af at analysere VFTS 243, os en helt del tættere på en troværdig forklaring,” siger Alejandro Vigna-Gómez.

Et helt usædvanligt stjernesystem uden tegn på eksplosion

Baggrunden for opdagelsen er et usædvanligt binært stjernesystem i udkanten af vores galakse, VFTS 243, hvor en stor stjerne og et sort hul ca. 10 gange tungere end Solen kredser om hinanden, der for nyligt blev observeret.

Forskerne har i årtier kendt til eksistensen af sådanne binære systemer af stjerner i Mælkevejen, hvor en af stjernerne er blevet et sort hul. Men den nylige opdagelse af VFTS 243, lige uden for Mælkevejen i den Store Magellanske Sky, er noget særligt.

”Normalt kan en supernova-begivenhed efterfølgende måles i stjernesystemer på forskellige måder, men på trods af at VFTS 243 indeholder en stjerne, der er kollapset til et sort hul, er sporene af en eksplosion ikke til stede. VFTS 243 er et helt usædvanligt system. Systemets kredsløb er næsten uændret siden kollapset af den ene stjerne til et sort hul," siger Alejandro Vigna-Gómez.

Forskerne har analyseret observationsdataene for en række tegn, som man ville forvente fra et stjernesystem, der har gennemgået en supernova-eksplosion. Generelt var beviserne for en sådan begivenhed i alle tilfælde få og ikke overbevisende.

Systemet viser ikke tegn på et signifikant "fødselspark," der er en acceleration af objekterne i kredsløbet. Kredsløbet er også meget symmetrisk, næsten perfekt cirkulært, og så peger tilbageværende tegn fra energifrigivelsen, da den tidligere stjernes kerne kollapsede, på en energitype, der stemmer overens med fuldstændig kollaps.

”Vores analyse tyder entydigt på er, at det sorte hul i VFTS 243 sandsynligvis blev dannet øjeblikkeligt, hvor energien primært gik tabt som neutrinoer,” siger professor Irene Tamborra fra Niels Bohr Instituttet, som også har medvirket i studiet.

Fixpunkt for fremtidige studier

Ifølge Irene Tamborra åbner VFTS 243 for at en række teorier og modelberegninger i astrofysikken endelig vil kunne holdes op mod virkeligheden med observationer af systemet. Hun forventer at systemet vil blive vigtigt for studier i stjerners udvikling og endeligt.

”Vores resultater fremhæver VFTS 243, som den hidtil bedste observerbare case for teorien om stellare sorte huller, der dannes gennem totalt kollaps, hvor supernova-eksplosionen fejler. Vores modeller har vist dem som en mulighed. Det her er et vigtigt virkelighed-tjek for de modeller, og vi forventer bestemt, at systemet vil blive et afgørende referencepunkt for fremtidig forskning i stjernes evolution og kollaps," lyder det fra professoren.