Musta augu tähed ehk kvaasitähed

Autor: Üllar Kivila „Musta augu Päike“ on Soundgardeni 1994. aasta laul, aga ka hüpoteetiline grupp taevakehi, mille olemasolu oletati esmakordselt 2006. aastal. Hiljuti on James Webbi kosmoseteleskoobi vaatlusandmed andnud alust arvata, et need nn musta augu tähed või kvaasitähed võisid varajases Universumis tõepoolest olemas olla.

Kõik tähed, mida taevas näeme, on tasakaaluolekus kahe vastassuunalise jõu vahel: tähe tuumas tekkiva energia kiirgusrõhk, mis üritab tähe väliskihte laiali lükata ning täheaine massi raskusjõud, mis üritab seda kokku suruda. Meie Päikese ning enamike teiste tähtede puhul pärineb tuumas olev energia termotuumarektsioonidest, valdavalt vesiniku tuumasünteesist heeliumiks, kuid tegelikult võime tähetuuma energiaallika asendada ükskõik millega ning ülalkirjeldatud jõudude tasakaalu põhimõte jääks samaks.

Kunstniku illustratsioon kvaasitähest, ehk musta augu südamikuga tähest. Tähe energiaallikas on tähe tuumas asuva musta augu aine sissevoolu ketas ning selle suure energiatootlikkuse tõttu võivad sedasorti tähed olla tõeliselt hiiglaslikud: kümneid tuhandeid korda Päikesest massiivsemad ning läbimõõduga ligi 100 astronoomilist ühikut, ulatudes meie Päikesesüsteemi võrdluses oma pinnaga väljapoole Neptuuni orbiiti ning särades sama heledalt kui mõni väiksemat sorti galaktika kõik tähed kokku.

Selle põhjal tuletatigi musta augu tähtede olemasolu võimalikkus¹. Sellisel juhul on energiaallikas tähe südames asuv must auk, õigemini seda ümbritsev akretsiooni- ehk aine sissevoolu ketas. Musta augu kompaktsuse tõttu on selle lähedal äärmiselt tugev gravitatsiooniväli, mistõttu vabaneb aine sisselangemisel väga suur kogus energiat – üllataval kombel aine massi kohta palju enamgi kui tuumasünteesil. Näiteks vesinik-heelium tuumasünteesiprotsessi käigus vabaneb energiana kuni 0,7% algse vesiniku massist. Meie Päikeses muutub igas sekundis ligi 600 miljonit tonni vesinikku umbes 596 miljoniks tonniks heeliumiks – 4 miljonit tonni ainet sekundis muundub E = mc² vahendusel energiaks. Musta auku langeva aine puhul vabaneb gravitatsioonilise potentsiaalse energiana alga 6–42% massile vastavast energiast² Must auk tähetuumana oleks seega 1–2 suurusjärku suurema energiatootlikkusega kui tuumasüntees ning suudaks kiirgusrõhu ja raskusjõu tasakaalus hoida palju suuremat kogust ainet.

James Webbi teleskoobi foto galaktiparvest Abell S1063, mille taustal paistab üks salapärastest „väikestest punastest täpikestest“, mis lähemal uurimisel võib osutuda hiiglaslikuks varase Universumi kvaasitäheks.

Alates 2022. aastast on James Webbi kosmoseteleskoobi vaatlusandmetes märgatud „väikeseid punaseid täpikesi“ (inglise keeles LRD – litte red dots), mille punanihe viitab nende taevakehade asumisele üpris noores (600 miljoni kuni 1,6 miljardi aasta vanuses) Universumis. Selliseid objekte on tänaseks leitud paarisaja ringis, kuid nende olemus on jäänud üpris salapäraseks. Viimased spektraaluuringud GLIMPSE-17775 nime kandva täpikese kohta³ annavad alust oletada, et tegu võib olla just 20 aastat varem oletatud musta augu tähtedega. Tõe huvides tasub mainida, et see oletus vajab veel lisauuringuid ning võib olla võimalik, et sugugi mitte kõik „täpikesed“ ei pruugi olla ühte tüüpi objektid.

¹ „Formation of supermassive black holes by direct collapse in pre-galactic haloes“ – Begelman et al 2006, MNRAS 370 lk 289

² See suur varieeruvus tuleneb musta augu pöörlemisest. Mittepöörleva musta augu korral vabaneks kuni 6%, maksimaalse võimaliku kiirusega pöörleval juhul kuni 42%. Reaalsete mustade aukude „tootlikkus“ jääks nende kahe väärtuse vahepeale.

³ „The Deepest GLIMPSE of a Dense Gas Cocoon Enshrouding a Little Red Dot“ – Vasily Kokorev et al 2026 ApJ 1004 lk 153