Crna rupa koja nedostaje: praznina u teoriji zvijezda

Novi podaci o distribuciji masa crnih rupa postavljaju pitanje koje bi moglo preispitati dekade teorije o nastanku tih objekata. Prema istraživanjima objavljenim u Sky & Telescope, astronomi se ne slažu oko toga da li postoji pustinja crnih rupa — raspon masa između 50 i 150 Sunčevih masa u kojem se, prema trenutnim opažanjima, gotovo nikakve crne rupe ne formiraju.

Ovo nije samo statistička anomalija: ako se potvrdi, otkriće bi izazvalo temeljne pretpostavke o tome kako masivne zvijezde umiru i što ostavljaju iza sebe. Problem leži u tome što su crne rupe manje od 50 Sunčevih masa uobičajene, dok se one veće od 150 masa (npr. one nastale spajanjem) također detektiraju.

Ali između? Podaci iz projekta LIGO-Virgo-KAGRA — koji bilježe gravitacijske valove od sudara crnih rupa — sugeriraju znatno manju učestalost u tom rasponu.

To bi moglo značiti da zvijezde koje bi trebale proizvesti crne rupe te veličine umjesto toga potpuno nestaju u supernovama, ostavljajući iza sebe... ništa. Ova praznina nije samo akademsko pitanje.

Ako se potvrdi, morat ćemo revidirati modele nuklearne fizike u jezgrama umirućih zvijezda, kao i dinamiku njihova kolapsa. Astrofizičar Selma de Mink ističe da bi to moglo objasniti zašto ne vidimo crne rupe koje očekujemo u podacima o X-zracima ili gravitacijskim valovima.

Ali drugi, poput timova koji analiziraju podatke s Chandra X-ray Observatory, upozoravaju da je još prerano donositi zaključke: moguće je da nam jednostavno nedostaju osjetljiviji instrumenti.

Kontekst ove debate proteže se do 2010-ih, kada su prvi detektori gravitacijskih valova počeli otkrivati sudare crnih rupa. Tada su znanstvenici primijetili neobičan obrazac: crne rupe od 30–50 Sunčevih masa bile su česte, ali one iznad tog raspona rijetke — sve dok se nisu pojavile supermasivne crne rupe nastale spajanjem.

To je stvorilo sumnju da li zvijezde uopće mogu stabilno proizvesti crne rupe u 'zabranjenom' rasponu. Jedno od objašnjenja, koje istražuje tim s Max Planck Institute for Astrophysics, je da zvijezde s početnom masom između 50 i 130 Sunčevih masa doživljavaju parnu nestabilnost: umjesto da eksplodiraju u supernovu i ostave crnu rupu, potpuno se rasprše u svemir.

Međutim, problem je u tome što trenutni podaci nisu dovoljni za konačne zaključke. Simulacije supernova pokazuju da bi neke zvijezde ipak mogle preživjeti ovu fazu, ali bi njihove crne rupe bile rijetke i teško uočljive.

To znači da bi 'pustinja' mogla biti iluzija koju stvara naš nedostatak osjetljivih instrumenata — ili pak stvarni fizički fenomen. Sljedeći korak su preciznija mjerenja s nadolazećim observatorijima poput LISA, koji će moći detektirati sporija spajanja crnih rupa, možda otkrivajući one koje su nam do sada promakle.

Ova debata pokazuje koliko još uvijek imamo što učiti o svemiru i njegovim tajnama. Crne rupe su još uvijek relativno nepoznati objekti, a ovo otkriće bi moglo biti ključno za razumijevanje njihovog nastanka i evolucije. Znanstvenici će nastaviti istraživati i poboljšavati naše razumijevanje svemira, a ovo otkriće bi moglo biti samo početak novog poglavlja u astrofizici.