खगोलविदों ने एक दुर्लभ घटना देखी है जिसमें एक मरता हुआ तारा सुपरनोवा के रूप में विस्फोट करने में विफल रहा और इसके बजाय सीधे ब्लैक होल में गिर गया। यह उल्लेखनीय अवलोकन किसी तारे के ब्लैक होल में बदलने का अब तक का सबसे संपूर्ण अवलोकन रिकॉर्ड बन गया है, जिससे खगोलविदों को प्रक्रिया की एक व्यापक भौतिक तस्वीर बनाने की अनुमति मिल गई है।
M31-2014-DS1 नाम का "मृत" तारा पृथ्वी से लगभग 2.5 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर है और पास के एंड्रोमेडा गैलेक्सी में स्थित है। सिमंस फाउंडेशन के फ्रैटिरॉन इंस्टीट्यूट के एक सहयोगी शोधकर्ता कीसराय डे के नेतृत्व में एक शोध दल ने इस प्रकार के विशाल तारे के ब्लैक होल में परिवर्तन के सैद्धांतिक मॉडल की पुष्टि और सुधार करने के लिए हाल के अवलोकन डेटा को दस साल से अधिक के अभिलेखीय डेटा के साथ जोड़ा। जर्नल साइंस में प्रकाशित निष्कर्ष व्यापक ध्यान आकर्षित कर रहे हैं और ब्लैक होल की रहस्यमय उत्पत्ति की एक दुर्लभ झलक प्रदान करते हैं।
शोध दल ने 2005 से 2023 तक नासा के NEOWISE प्रोजेक्ट और अन्य जमीन-आधारित और अंतरिक्ष-आधारित दूरबीनों से तारे की माप का विश्लेषण किया। उन्होंने पाया कि M31-2014-DS1 की अवरक्त रोशनी 2014 में चमकनी शुरू हुई, फिर 2016 में तेजी से मंद हो गई, और केवल एक वर्ष में अपनी मूल चमक से काफी नीचे गिर गई। 2022 और 2023 में अवलोकनों से पता चला कि तारा मूल रूप से दृश्य और निकट-अवरक्त बैंड में गायब हो गया, और इसकी चमक अपने मूल मूल्य के दस हजारवें हिस्से तक गिर गई। इसके अवशेष वर्तमान में केवल मध्य-अवरक्त में ही पहचाने जा सकते हैं, और पहले की तुलना में केवल दसवां हिस्सा ही उज्ज्वल हैं।
डे ने कहा, "यह तारा कभी एंड्रोमेडा गैलेक्सी के सबसे चमकीले सितारों में से एक था, लेकिन अब यह कहीं नहीं मिलता है। कल्पना कीजिए कि अगर बेतेल्गेयूज़ अचानक गायब हो जाए, तो हर कोई पागल हो जाएगा! एंड्रोमेडा गैलेक्सी में इस तारे के साथ भी यही हुआ।" सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के साथ इन अवलोकन डेटा की तुलना करने के बाद, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि तारे की मूल कुल चमक के बहुत छोटे अंश तक नाटकीय रूप से कम होने से इस बात का पुख्ता सबूत मिला कि इसका कोर ढह गया और एक ब्लैक होल बन गया।
तारे अपने कोर में हाइड्रोजन को हीलियम में संलयन करते हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जो गुरुत्वाकर्षण के निरंतर आंतरिक खिंचाव को संतुलित करने के लिए बाहरी दबाव बनाती है। जब विशाल तारे, जिनका द्रव्यमान सूर्य से लगभग 10 गुना या उससे अधिक है, का ईंधन ख़त्म होने लगता है, तो अंदर और बाहर की ताकतों के बीच संतुलन गड़बड़ा जाता है। गुरुत्वाकर्षण तारे को संपीड़ित करना शुरू कर देता है, और इसका कोर सबसे पहले केंद्र में घने न्यूट्रॉन तारे का निर्माण करता है। आम तौर पर, इस प्रक्रिया के दौरान न्यूट्रिनो की रिहाई से एक सदमे की लहर पैदा होती है जो सुपरनोवा विस्फोट में कोर और बाहरी परतों के अधिकांश हिस्से को तोड़ने के लिए पर्याप्त होती है। हालाँकि, यदि न्यूट्रिनो-चालित शॉक वेव तारे की सामग्री को बाहर धकेलने में विफल रहती है, तो सिद्धांत लंबे समय से माना जाता रहा है कि तारे की अधिकांश सामग्री वापस न्यूट्रॉन तारे में गिर जाएगी, जिससे एक ब्लैक होल बन जाएगा।
M31-2014-DS1 के अवलोकन और विश्लेषण ने टीम को समान तारे NGC 6946-BH1 के अवलोकनों की पुनर्व्याख्या करने की अनुमति दी, जिससे यह समझने में महत्वपूर्ण सफलता मिली कि सुपरनोवा के रूप में विस्फोट करने में विफल होने और ब्लैक होल में गिरने के बाद तारे की बाहरी परतों का क्या होता है। जिस प्रमुख तत्व की अनदेखी की गई है वह संवहन है। संवहन किसी तारे के भीतर भारी तापमान अंतर का उपोत्पाद है। तारे के केंद्र के पास का पदार्थ अत्यधिक गर्म है, जबकि बाहरी क्षेत्र अधिक ठंडा है। इस तापमान अंतर के कारण तारे के भीतर की गैस गर्म से ठंडे क्षेत्रों की ओर बढ़ती है।
जैसे ही तारे का कोर ढहता है, उसकी बाहरी परतों में गैस अभी भी संवहन के कारण तेजी से आगे बढ़ रही है। फ्रैटिरॉन इंस्टीट्यूट के खगोलविदों द्वारा विकसित सैद्धांतिक मॉडल बताते हैं कि यह अधिकांश बाहरी परतों को सीधे ब्लैक होल में गिरने से रोकता है; इसके बजाय, भीतरी परतें ब्लैक होल की परिधि के चारों ओर परिक्रमा करती हैं और संवहन क्षेत्र में सबसे बाहरी परतों के निष्कासन को संचालित करती हैं। फ्रैटिलोन शोधकर्ता, सह-लेखक एंड्रिया एंटोनी ने पहले इन संवहन मॉडलों के लिए सैद्धांतिक भविष्यवाणियां विकसित की थीं। उन्होंने कहा, "अभिवृद्धि दर - वह दर जिस पर पदार्थ गिरता है - तारे के प्रत्यक्ष विस्फोट की तुलना में बहुत धीमी है।" "इस संवहन सामग्री में कोणीय गति होती है, इसलिए यह ब्लैक होल की परिक्रमा करती है। महीनों या एक वर्ष में गिरने के बजाय, इसमें दशकों लग जाते हैं। इस वजह से, यह अन्यथा की तुलना में कहीं अधिक चमकीला स्रोत बन जाता है, और हम मूल तारे के मंद होने में लंबी देरी देखते हैं।"
बाथटब की नाली के चारों ओर सीधे बहने के बजाय पानी के घूमने के समान, इस नवगठित ब्लैक होल के चारों ओर घूमने वाली गैस धीरे-धीरे अंदर की ओर खींचे जाने पर भी अपनी अराजक कक्षा जारी रखती है। इसलिए, संवहन के कारण होने वाला स्थिर प्रवाह पूरे तारे को सीधे नवजात ब्लैक होल में ढहने से रोकता है। शोधकर्ताओं का अनुमान है कि मूल तारे के आवरण वाली गैस का लगभग एक प्रतिशत ही ब्लैक होल में गिरता है, जो आज उससे निकलने वाले प्रकाश को शक्ति प्रदान करता है।
एम31-2014-डीएस1 के अवलोकन डेटा का विश्लेषण करते समय, डे और उनकी टीम ने समान तारे एनजीसी 6946-बीएच1 का भी पुनर्मूल्यांकन किया, जिसे 10 साल पहले वर्गीकृत किया गया था। नए पेपर में, वे इस बात के पुख्ता सबूत पेश करते हैं कि यह तारा एक समान पैटर्न का अनुसरण क्यों करता है। एम31-2014-डीएस1 शुरू में एक "अजीब" जैसा लग रहा था, लेकिन अब यह वस्तुओं के एक वर्ग में से एक प्रतीत होता है जिसमें एनजीसी 6946-बीएच1 शामिल है, डे ने कहा। डे ने कहा, "केवल इन व्यक्तिगत खोज रत्नों के माध्यम से हम तस्वीर को एक साथ जोड़ना शुरू कर रहे हैं।" "एक नवजात ब्लैक होल के आसपास के धूल के मलबे से प्रकाश जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप जैसे दूरबीनों के संवेदनशीलता स्तर पर आने वाले दशकों तक दिखाई देगा क्योंकि यह बहुत धीरे-धीरे क्षय होता रहता है। यह अंततः यह समझने के लिए एक बेंचमार्क बन सकता है कि ब्रह्मांड में तारकीय ब्लैक होल कैसे बनते हैं।"