Čo sa stane, keď hviezdy kolabujú, to znamená, keď vo vysokom veku „zomierajú“? Vznikne z ich vyhasnutého zvyšku neutrónová hviezda alebo čierna diera?

Čo sa deje v neskorších štádiách hviezdnej evolúcie, ešte nie je úplne objasnené, najmä keď je kolabujúca hviezda dostatočne hmotná na to, aby sa počas gravitačného kolapsu zrútila (premenila na ňu) do čiernej diery. Niektorí renomovaní astrofyzici, ako napríklad prof. Friedrich Thielemann, sa snažia túto medzeru vo vedomostiach preklenúť. Je to však veľmi prácna úloha.

Ak je hviezda ťažšia ako 260 – 300 miliónov hmotností Slnka, stáva sa čiernou dierou. Pod touto hmotnosťou sú však veci o podstatne zložitejšie. Ak je hmotnosť 8 až 140 hmotností Slnka, kolabujúca hviezda sa môže stať čiernou dierou, ale aj neutrónovou hviezdou.

Otázkou je: Kde je limit, alebo kedy je vyššia pravdepodobnosť, že namiesto neutrónovej hviezdy vznikne čierna diera?

„Vykonali sme intenzívny výskum záverečných štádií hviezdnej evolúcie,“ hovorí Friedrich Thielemann, emeritný profesor teoretickej fyziky na Univerzite v Bazileji vo Švajčiarsku, „a vieme, že hviezdy s nižšou hmotnosťou sa stávajú bielymi trpaslíkmi. Vieme tiež, že hviezdy s viac ako 8 hmotnosťami Slnka majú po kolapse železné jadro.

Zatiaľ  ale stále ešte nevieme to najdôležitejšie:

„Kedy presne sa po gravitačnom kolapse vytvorí supernova (centrálna neutrónová hviezda) a kedy čierna diera.“

Nedávne pozorovania gravitačných vĺn pomocou LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) potvrdili existenciu čiernych dier s hmotnosťou iba 30 hmotností Slnka alebo dokonca i menej.

Profesor Thielemann – jeden z najúznávanejších astrofyzikov súčasnosti - sa vo svojom dlhoročnom výskume venoval aj jadrovej fyzike, nestabilite, stavovým rovniciam hustých objektov, 3D magnetohydrodynamike, neutrínovému žiareniu a výpočtovým metódam.

V prvom roku svojho nového projektu vyvinul databázy stavových rovníc jadra a jadrových reakcií v mape nuklidov. Jeho tím vytvoril kód IDSA (Isotropic Diffusion Source Approximation) pre viacrozmerný transport neutrín. Vykonal tiež podrobné porovnanie kódov pre magnetohydrodynamické simulácie kolapsu jadra zomierajúcich hviezdy a výpočty nukleosyntézy pre fúzie magnetarov/kolapsarov a neutrónových hviezd, aby preskúmal časový vývoj najťažších prvkov pri formovaní galaxií.

Najťažšou časťou výskumu bolo modelovanie tvorby stredných hmotností a prvkov skupiny železa v kolapsároch/hypernovách/gama zábleskoch:

„Po vytvorení modelov kolabujúcich hviezd pre široké hmotnostné spektrum sme objavili (mäkký) prechod k tvorbe dorzálnych dier, ku ktorému dochádza pri hmotnostiach menších ako 25 slnečných hmotností, ale ktorý výrazne závisí od kompaktnosti hviezdy hlavnej postupnosti. vysvetľuje profesor Thielemann.

„Čierna diera sa teda môže vytvoriť pod 25 hmotnosťami Slnka a explózia supernovy môže nastať nad touto hmotnosťou,“  vysvetľuje Thielemann.

Pomocou viacrozmerných modelov jeho skupina odhalila aj niektoré aspekty vzniku čiernych dier a vypočítala emisie gravitačných vĺn. Určili, ktorý typ explózie vyvrhuje hmotu, zloženie hmoty po explozívnom jadrovom roztavení a ako to môže vysvetliť existenciu chemických prvkov počas formovania galaxií.

To všetko sú fascinujúce nové poznatky astrofyziky!

„Objavili sme tiež ďalší dôležitý kanál, cez ktorý sa čierna diera vytvára počas zlúčenia dvoch neutrónových hviezd z predchádzajúcich supernov, ktoré predtým vyvrhli veľké množstvo veľmi ťažkých prvkov,“ nadšene poznamenal profesor Thielemann.

Výskum FISH (FaInt Supernovae and Hypernovae: Mechanizmus a nukleosyntéza) poskytol nové poznatky o množstve chemických prvkov, ktoré sa tvoria počas formovania galaxií, ktoré prvky vznikajú pri ktorom type explózie a ako sa táto produkcia mení v priebehu času.

Od ukončenia tohto projektu v decembri 2016 skupina vykonáva intenzívny výskum zlúčení neutrónových hviezd, ktoré nedávno pozoroval prístroj LIGO/VIRGO a ktoré možno považovať aj za krátkodobé záblesky gama žiarenia v blízkom infračervenom spektre.