Když se ve vesmíru srazí dvě z nejextrémnějších těles — černá díra a neutronová hvězda — odehrává se jeden z nejdrsnějších kosmických scénářů, jaký si lze představit. Z prastaré hvězdy praská kůra, do okolního prostoru letí monstrózní rázové vlny a v posledním záblesku může vzniknout objekt, který se chová jako černoděrový „pulzar“.

Vědci z Caltechu díky pokročilým superpočítačovým simulacím poprvé podrobně popsali, co se při takové srážce opravdu děje — a co bychom mohli ve vesmíru pozorovat.

Jak vypadá setkání černé díry s neutronovou hvězdou?

Neutronové hvězdy i černé díry vznikají při supernovách, výbuších masivních hvězd. Zatímco černá díra je extrémně hustá oblast, z níž nic neunikne, neutronová hvězda je zbytkové „jádro“ — sice menší, ale stále neuvěřitelně hmotné a kompaktní.

Když se tyto dvě tělesa v dvojhvězdném systému dostanou dost blízko, černá díra nakonec neutronovou hvězdu „pohltí“. Jenže ještě předtím se dějí věci, které lze díky moderním simulacím poprvé pořádně prozkoumat.

Než hvězda zmizí: hvězdné otřesy a rádiové záblesky

Tým vedený teoretickým astrofyzikem Eliasem Mostem z Caltechu zjistil, že těsně před samotnou kolizí se v neutronové hvězdě díky gravitačním silám černé díry rozpraská její krusta — podobně jako při zemětřesení na Zemi.
Vznikají tzv. hvězdné otřesy, které rozhýbají magnetické pole hvězdy a vyšlou do vesmíru rádiové záblesky — signály, které bychom s citlivými dalekohledy mohli zachytit už sekundu před samotnou srážkou.

Monstrózní rázové vlny

Jakmile neutronová hvězda praskne a začíná být vtahována do černé díry, vznikají v jejím okolí extrémně silné rázové vlny — pravděpodobně nejsilnější ve známém vesmíru.

Tyto monstrózní šokové vlny vyzařují další záblesky rádiového a rentgenového záření, které by mohly být pro astronomy klíčem k odhalení těchto vzácných kolizí.

Krátký život černoděrového pulzaru

Nejzajímavější na celé simulaci je, co se stane po „pohlcení“ neutronové hvězdy. Černá díra na okamžik získá magnetické pole hvězdy, které „nechce“ a snaží se ho zbavit.
Výsledkem je jev zvaný černoděrový pulzar — hypotetický objekt, u kterého rotující černá díra na chvíli vysílá magnetické větry podobně jako klasický pulzar (neutronová hvězda s extrémním magnetickým polem).

Tohle zvláštní chování trvá pouhou sekundu — ale v té době může černoděrový pulzar vyzařovat silné záblesky rentgenového a gama záření, které by dalekohledy na Zemi mohly zachytit.

Gravitace v akci: jak srážku zachytí LIGO

Takové kolize nevytvářejí jen světelné signály — doprovází je i gravitační vlny, tedy vlnění samotného časoprostoru, které předpověděl Einstein.
Sítě detektorů jako LIGO v USA nebo Virgo v Evropě už tyto gravitační vlny zaznamenaly u srážek dvou černých děr nebo dvou neutronových hvězd.

Teď se vědci snaží posunout detekci ještě dál — ideálně zachytit signály už desítky sekund před samotnou kolizí, aby mohli upozornit astronomické observatoře a ty stihly sledovat světelné záblesky v reálném čase.

Superpočítače odhalují detaily

Podobně detailní simulace by ještě před pár lety nebyly možné. Díky superpočítači Perlmutter v Kalifornii, vybavenému výkonnými GPU, mohli vědci během pár hodin nasimulovat situace, které předtím trvaly měsíce výpočtů.

A co je zásadní — tyto modely nejen popisují jak neutronová hvězda praská a mizí v černé díře, ale i jaké signály bychom na Zemi mohli pozorovat — od rádiových záblesků po rentgenové paprsky a gravitační vlny.

Vědci doufají, že nové generace rádiových teleskopů, například připravovaná Deep Synoptic Array 2000, budou brzy schopny tyto záblesky odhalit.

Pokud se to podaří, budeme znovu o krok blíž tomu, co se při srážce neutronové hvězdy a černé díry skutečně děje. A možná se poprvé v historii podaří přímo sledovat „smrt hvězdy“ v přímém přenosu — včetně jejích posledních rádiových a gravitačních ozvěn.