Gwiazda M31-2014-DS1 zapadła się bezpośrednio w czarną dziurę

M31-2014-DS1 to masywna, pozbawiona wodoru gwiazda typu nadolbrzym w Galaktyce Andromedy, która w 2014 roku pojaśniała w średniej podczerwieni, a następnie do 2023 roku drastycznie przygasła w świetle widzialnym o ponad 10 000 razy, stając się niewykrywalną. Obserwacje wskazują, że jej jądro zapadło się bezpośrednio w czarną dziurę o masie gwiazdowej w ramach zjawiska nieudanej supernowej, pozostawiając słabą podczerwoną poświatę pochodzącą z otaczającego pyłu i gazu. Ten „astronomiczny jednorożec” stanowi najsilniejszy jak dotąd dowód obserwacyjny na istnienie gwiazdy omijającej kataklizmiczną eksplozję, by przejść bezpośrednio w swój końcowy stan ewolucyjny.

Odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Science 12 lutego 2026 roku, nastąpiło przypadkowo podczas szeroko zakrojonych badań Galaktyki Andromedy. Główny autor i astrofizyk Kishalay De, profesor w Columbia University i badacz w Flatiron Institute, początkowo zamierzał badać gwiazdy w świetle podczerwonym. Zamiast tego jego zespół napotkał niezwykły obiekt gwiazdowy, który pojaśniał przed zapadnięciem się w całkowitą niewidoczność, co zapoczątkowało trwające dekadę dochodzenie w sprawie natury śmierci gwiazd i powstawania czarnych dziur.

Dlaczego ta gwiazda nie wybuchła jako supernowa i utworzyła czarną dziurę?

Gwiazda nie wybuchła jako supernowa, ponieważ jej fala uderzeniowa napędzana neutrinami była zbyt słaba, aby odrzucić zewnętrzną otoczkę, co spowodowało zapadnięcie się jądra do wewnątrz pod wpływem grawitacji. Jako gwiazda pozbawiona wodoru o masie początkowej wynoszącej około 13 mas Słońca, doświadczyła ona ustania fuzji jądrowej, co doprowadziło do bezpośredniej implozji w czarną dziurę bez typowego wybuchu supernowej. Zjawisko to jest często określane przez astronomów mianem „nieudanej supernowej”.

Standardowe modele ewolucji gwiazd sugerują, że masywne gwiazdy powinny kończyć swój żywot w olśniewającym wybuchu znanym jako supernowa, który rozprasza ciężkie pierwiastki w kosmosie. Jednak w przypadku M31-2014-DS1 ciśnienie wewnętrzne generowane przez jądro było niewystarczające, aby pokonać ogromne przyciąganie grawitacyjne własnej masy. Zamiast gwałtownego wybuchu na zewnątrz, warstwy gwiazdy zostały zasadniczo pochłonięte przez formującą się osobliwość – proces ten rzuca wyzwanie naszym obecnym szacunkom dotyczącym liczby czarnych dziur istniejących w lokalnym wszechświecie.

Według De gwiazda wykazała coś, co opisuje on jako „ostatnie tchnienie” przed swoim zniknięciem. Gdy gwiazda zbliżała się do końca, odrzuciła swoje zewnętrzne warstwy, powodując tymczasowy wzrost jasności w widmie podczerwonym. Ta konkretna sygnatura – pojaśnienie w podczerwieni, po którym następuje całkowite wygaszenie optyczne – służy teraz jako punkt odniesienia do identyfikacji innych gwiazd przechodzących bezpośredni kolaps w czarną dziurę bez tradycyjnych fajerwerków towarzyszących supernowej.

Jak badacze potwierdzili zniknięcie M31-2014-DS1?

Badacze wykorzystali długoterminowe dane archiwalne z misji NASA NEOWISE oraz Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, aby prześledzić nagłe przejście gwiazdy z widzialnego nadolbrzyma w nieistniejący obiekt. Analizując dekadę zapisów podczerwonych i optycznych, byli w stanie wykluczyć alternatywne teorie, takie jak przysłonięcie gwiazdy przez poruszające się obłoki pyłu. Dane wykazały trwałą utratę jasności w wielu długościach fal, potwierdzając całkowity kolaps strukturalny.

W badaniu wykorzystano bliskość Galaktyki Andromedy, znajdującej się około 2,5 miliona lat świetlnych od Ziemi. Ponieważ galaktyka ta jest naszym najbliższym sąsiadem, obserwacje były znacznie wyraźniejsze i łatwiejsze do zbadania niż w przypadku poprzednich kandydatów na nieudane supernowe. Ta bliskość pozwoliła zespołowi odtworzyć kompleksową historię gwiazdy, co Daniel Holz, astrofizyk z University of Chicago, porównał do znalezienia „zdjęć z dzieciństwa” kosmicznego wydarzenia już po fakcie.

• NASA NEOWISE: Dostarczyła kluczowych danych w średniej podczerwieni, ukazujących ostatnie sygnatury termiczne gwiazdy.
• Kosmiczny Teleskop Hubble’a: Potwierdził brak gwiazdy w świetle widzialnym po 2023 roku.
• Obserwatoria naziemne: Monitorowały Galaktykę Andromedy pod kątem nagłych zmian w populacjach gwiazd.

Metodologia skupiła się na pojaśnieniu w podczerwieni związanym z odrzucaniem otoczki gwiazdy. Szukając tych „nieudanych” sygnatur zamiast jasnych błysków tradycyjnych supernowych, zespół odkrył, że może identyfikować procesy powstawania czarnych dziur, które w przeciwnym razie pozostałyby niezauważone. Ta zmiana metodologii sugeruje, że wiele czarnych dziur może ukrywać się na widoku, formując się po cichu w całej historii galaktyki.

Czy obserwacje z JWST potwierdzą powstanie czarnej dziury?

Obserwacje z JWST nie zostały oficjalnie potwierdzone jako część opublikowanych wyników, choć wysokoczułe instrumenty podczerwone teleskopu są idealne do wykrywania ewentualnej utrzymującej się poświaty termicznej. Podczas gdy obecne dowody z NEOWISE i Hubble’a stanowią silne pośrednie wsparcie dla tezy o powstaniu czarnej dziury, bezpośrednie potwierdzenie poprzez wykrycie dysku akrecyjnego lub ciepła resztkowego z otaczającego gazu pozostaje celem przyszłych badań. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba mógłby dostarczyć ostatecznego dowodu potrzebnego do zamknięcia sprawy.

Rola Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) w tej dziedzinie jest przełomowa, ponieważ jego zdolność do patrzenia przez pył kosmiczny pozwala naukowcom dostrzec to, czego nie widzą teleskopy optyczne. W przypadku M31-2014-DS1 JWST mógłby potencjalnie wykryć „dogasający żar” gwiazdy – słabe ciepło emitowane przez gaz i pył, który nie wpadł pod horyzont zdarzeń. Znalezienie tej specyficznej sygnatury w podczerwieni zapewniłoby bezprecedensowy wgląd w bezpośrednie następstwa zdarzenia kolapsu.

Mimo braku bieżących danych z JWST w początkowym raporcie, społeczność naukowa pozostaje optymistyczna. Przypadkowy charakter odkrycia sprawia, że współrzędne M31-2014-DS1 są obecnie priorytetowymi celami dla obrazowania głębokiego kosmosu. Potwierdzenie istnienia cichej czarnej dziury o masie gwiazdowej w miejscu, gdzie niegdyś znajdowała się masywna gwiazda, zweryfikowałoby dekady fizyki teoretycznej dotyczącej granic masy i stabilności gwiazd.

Jakie są szersze implikacje dla ewolucji czarnych dziur?

Odkrycie to sugeruje, że spektrum gwiazd zdolnych do przekształcenia się w czarne dziury jest znacznie szersze, niż wcześniej przypuszczała społeczność naukowa. Ustalono, że M31-2014-DS1 w momencie śmierci miała masę około pięciu mas Słońca – co stanowi w przybliżeniu połowę wielkości, jakiej obecne modele nominalnie oczekują od kandydata na bezpośredni kolaps. Wynik ten sugeruje, że mniejsze, mniej masywne gwiazdy również mogą omijać fazę supernowej.

Implikacje dla modeli ewolucji gwiazd są znaczące. Jeśli większy odsetek gwiazd zapada się bezpośrednio w czarne dziury, wyjaśnia to problem „brakujących supernowych”, polegający na tym, że astronomowie obserwują mniej eksplozji, niż sugerowałaby to liczba znikających z pola widzenia masywnych gwiazd. Oznacza to również, że całkowita populacja czarnych dziur w galaktykach takich jak Droga Mleczna czy Galaktyka Andromedy może być znacznie wyższa niż wcześniej szacowano.

Przyszłe badania skupią się teraz na identyfikacji większej liczby tych „astronomicznych jednorożców” w pobliskich galaktykach. Monitorując widmo podczerwone pod kątem nagłych rozbłysków, po których następuje trwałe wygaszenie, astrofizycy mają nadzieję na stworzenie dokładniejszego bilansu najbardziej tajemniczych obiektów we wszechświecie. Jak zauważył Kishalay De, badania te „wskazują nam zupełnie nową metodę identyfikacji znikania gwiazd”, dając pewność, że ciche narodziny czarnej dziury nie przejdą już niezauważone.