Raspetljavanje jednog od najspektakularnijih događaja u svemiru nije počelo ispred nekog teleskopa već u jednom baru u Madridu. Tijekom konferencije o astrofizici znanstvenici Andrew Mummery s Institute for Advanced Study u Princetonu i Adelle Goodwin sa Sveučilišta Curtin u Australiji razgovarali su o problemu koji ih je dugo intrigirao: Zašto neke supermasivne crne rupe nakon što unište zvijezdu gotovo odmah izbacuju snažne mlazove materijala, dok druge mjesecima ili čak godinama ostaju potpuno tihe, a zatim se iznenada "probude". "Samo sjede i izgledaju potpuno uspavano, a onda pokrenu mlazove mjesecima ili godinama poslije", pitao se Mummery, piše Institute of Advance Studies.

Odgovor na to pitanje doveo ih je do zaključka koji sada smatraju univerzalnim pravilom ponašanja crnih rupa: bez obzira na njihovu veličinu, od malih crnih rupa mase desetak Sunaca do supermasivnih divova koji imaju milijune ili milijarde puta veću masu, one stvaraju snažne mlazove kada dosegnu istu kritičnu fazu hranjenja.

Kada zvijezda zaluta preblizu supermasivnoj crnoj rupi, njezina gravitacija može je doslovno rastrgati. Taj se dramatičan događaj naziva plimnim poremećajem, odnosno tidal disruption event (TDE). Zvijezda se pod djelovanjem goleme gravitacijske sile rasteže i raspada, u procesu koji se često opisuje izrazom "špagetifikacija". No crna rupa ne proguta nužno sve što ostane od zvijezde. Prema dosadašnjim opažanjima, otprilike polovica zvjezdanog materijala može završiti u crnoj rupi, dok se ostatak vraća prema okolnom prostoru. 

ARTEMIS JE USPIO Astronauti nekad zapnu 9 mjeseci u svemiru. Vrate se biološki 10 godina stariji

Drugim riječima, crne rupe nisu baš uredni kozmički usisavači kakvima ih često zamišljamo. One su, kako ih opisuje Goodwin, "vrlo neuredne izjelice". Nakon što progutaju dio zvijezde, ostatak materijala mogu izbaciti natrag u svemir u golemim mlazovima koji se protežu tisućama svjetlosnih godina. "Kad crna rupa rastrga zvijezdu, ona ne proguta sve uredno. Dio materijala se potroši, a dio se izbaci natrag u svemir u snažnim mlazovima. Možete to zamisliti kao podrigivanje crne rupe, samo što ta podrigivanja mogu izbaciti materijal na goleme udaljenosti i čak utjecati na razvoj okolnih galaksija", objasnila je Goodwin, piše The Guardian.

Crne rupe spadaju među najekstremnije objekte u svemiru. Njihova gravitacija toliko je snažna da nakon prelaska horizonta događaja odnosno granice iza koje nema povratka, ništa, čak ni svjetlost, ne može pobjeći. No crna rupa ne proguta cijelu zvijezdu. "Znamo iz rijetkih opažanja zvijezda koje su uništile crne rupe da samo otprilike polovica zvijezde koja se previše približi crnoj rupi na kraju završi u njoj", rekla je Goodwin.

Znanstvenici do sad nisu znali kada će se to dogoditi. U nekim slučajevima mlaz bi se pojavio gotovo odmah nakon uništenja zvijezde, a u drugima tek nakon jedne, tri ili čak pet godina.

"To je bilo nešto što nismo razumjeli. Nismo znali zašto se to nekad događa brzo, a kod drugih postoji tako veliko kašnjenje", navode istraživači. Trag je postojao, ali kod mnogo manjih crnih rupa, onih zvjezdane mase koje su samo oko desetak puta masivnije od Sunca. Astronomi su već primijetili da se stvaranje mlazova događa kada količina materijala koja pada prema crnoj rupi prijeđe određene granice. Takve crne rupe često se nalaze u sustavima gdje gutaju materijal s obližnje zvijezde. Budući da su mnogo manje od supermasivnih crnih rupa, njihovi se procesi odvijaju mnogo brže i astronomi ih mogu pratiti tijekom ljudskog života.

Kod supermasivnih crnih rupa problem je bio potpuno drukčiji. One u središtima galaksija mogu imati masu od nekoliko stotina tisuća pa sve do milijardi puta veće od Sunčeve. Njihovi uobičajeni procesi hranjenja razvijaju se tijekom tisuća godina, zbog čega je gotovo nemoguće promatrati trenutak kada prelaze iz jednog stanja u drugo.

No, plimni poremećaji zvijezda pružaju rijetku priliku. Kada crna rupa uništi zvijezdu, cijeli se proces ubrza na nekoliko godina. Astronomi tada mogu pratiti kako nastaje akrecijski disk, kako se materijal kreće prema crnoj rupi i kada se pojavljuju mlazovi. Upravo su zato Goodwin i Mummery pomislili: Ako isti zakon vrijedi kod malih crnih rupa, možda vrijedi i kod njihovih golemih rođaka, piše Nature Astronomy.

Nakon Madrida znanstvenici su krenuli provjeravati svoju hipotezu. Analizirali su 20 događaja u kojima su supermasivne crne rupe rastrgale zvijezde. Koristili su podatke iz više područja astronomije, od optičkih i ultraljubičastih opažanja do rendgenskih i radijskih mjerenja. Posebno važnu ulogu imala su radijska opažanja. Radioastronomija omogućuje astronomima da vide posljedice izbacivanja materijala dok se mlazovi šire kroz okolni prostor. "Radio je jedina frekvencija na kojoj možemo gledati mlazove i izljeve dok se kreću prema van", objasnila je Goodwin. Od ukupno 20 promatranih događaja, deset ih je imalo dovoljno kvalitetne podatke da znanstvenici mogu precizno povezati brzinu hranjenja crne rupe s pojavom mlazova. Rezultat je bio iznenađujuće jasan.

TAJNE SVEMIRA Ovaj nebeski objekt mogao bi riješiti najveću zagonetku svemira

Prva faza u kojoj crne rupe izbacuju materijal dolazi vrlo rano. Nakon što crna rupa rastrga zvijezdu, počinje primati golemu količinu materijala. U toj fazi dotok može biti ekstremno velik, čak i iznad tzv. Eddingtonove granice odnosno teorijske granice pri kojoj tlak zračenja prema van postaje usporediv s gravitacijskim privlačenjem prema unutra. U takvom stanju crna rupa može gotovo odmah proizvesti snažan izljev. Druga faza događa se nakon što prođu stotine ili čak tisuće dana, a dotok materijala prema crnoj rupi počinje se smanjivati. I upravo tada, kada hranjenje padne na približno dva posto Eddingtonova limita, može se dogoditi novi izljev. Crna rupa može najprije uništiti zvijezdu, zatim utihnuti, a potom ponovno proizvesti snažan mlaz. Taj obrazac dosad je bilo teško objasniti.

Upravo je ta vrijednost bila ključna, piše Nature Astronomy . Najvažnije otkriće istraživanja nije samo objašnjenje zašto se neki mlazovi pojavljuju kasno. Još je važnije što se ista granica već ranije povezivala s ponašanjem mnogo manjih crnih rupa. Kritična vrijednost od približno dva posto Eddingtonova limita pokazala se kao točka nakon koje crne rupe mijenjaju svoje ponašanje i mogu pokrenuti snažne izljeve. To znači da fizika koja upravlja stvaranjem mlazova možda ne ovisi o veličini crne rupe. "One se jako razlikuju po masi, ali čini se da uključuju svoje mlazove u istoj točki procesa hranjenja. To nam govori nešto temeljno: Fiziku očito nije briga koliko je crna rupa velika", rekla je Goodwin.

Studija objavljena u časopisu Nature Astronomy nosi naslov "A universal critical accretion rate for black hole jet formation", a autori zaključuju da postoji univerzalna kritična stopa akrecije koja određuje kada crne rupe proizvode mlazove.

Otkriće je važno jer astronomi sada imaju mogućnost predviđanja. Ako znaju koliko brzo crna rupa trenutno guta materijal, mogu procijeniti kada bi mogla proizvesti novi mlaz. To je bitno jer su veliki teleskopi iznimno traženi, a vrijeme promatranja često se planira mjesecima unaprijed. Ako se može predvidjeti da će crna rupa vjerojatno proizvesti radio-mlaz kada njezino hranjenje padne na određenu razinu, astronomi mogu puno preciznije planirati opažanja. "Možemo početi razumijevati ne samo kada se mlazovi stvaraju, nego i koliko su snažni te ovisi li njihova snaga o svojstvima crne rupe", rekla je Goodwin.

Istraživači smatraju da će budući radioastronomski projekti imati veliku korist od ovog otkrića jer će moći preciznije pratiti događaje u kojima crne rupe uništavaju zvijezde.

Nova studija mijenja jednostavnu sliku crne rupe kao objekta koji samo guta sve što mu se približi. One jesu među najmoćnijim strukturama u svemiru, ali njihovo ponašanje ipak ima određene pravilnosti. Trenutak drugog "podrigivanja", prema novom istraživanju, više nije potpuno nepredvidiv.

"Pokazali smo da supermasivne crne rupe imaju istu vezu između akrecije i izljeva kao crne rupe zvjezdane mase", zaključuju autori.