Astronomové změřili rychlost rotace černé díry

07.03. 08:50 | Autor: Radek John

Snímek kvasaru vzniklý kombinací viditelného (cihlová barva) a rentgenového (fialová) záření.

Slavný americký fyzik John Wheeler kdysi poznamenal, že černé díry nemají vlasy. Chtěl tak vyjádřit údiv nad malým množstvím vlastností, jejichž pomocí je možno tyto záhadné objekty popsat. Jsou to jen jejich hmotnost, elektrický náboj a moment hybnosti neboli točivost. I z nich se však dá ledacos zjistit.

Skupině astronomů vedené Rubensem Reisem z Michiganské univerzity se povedlo změřit rotaci černé díry vzdálené něco přes šest miliard světelných let od země. To znamená, že zachytili její stav v době, kdy byl vesmír o třiačtyřicet procent mladší než dnes - od velkého třesku uběhlo přibližně 13,8 miliardy let. Černá díra je v jádru kvasaru, prastaré galaxie z počátků času. Její výzkum by proto vědcům mohl pomoci porozumět způsobu, jímž galaxie vznikají a vyvíjejí se. Černé díry má ve svém středu většina galaxií, ne-li všechny.

Většinou mají hmotnost miliónů až miliard hmotností Slunce. Astronomové si myslí, že se vyvinuly z menších zárodků, černých děr o hmotnostech okolo deseti tisíc hmotností Slunce. Celý život pilně polykaly hmotu z okolí, až narostly do dnešních otesánkovských rozměrů. Způsob, jímž to dělaly, ale není vyjasněn. Mohly ji polykat plynule, jedno sousto po druhém, nebo střídat období půstu se záchvaty hltavosti.

Akreční disk okolo černé díry v představě umělce.

Pravidelná strava

Mělo by se to projevit i na jejich rotaci. Pokud jsou černé díry v jádrech galaxií spíš stejnoměrní jedlíci, měly by rotovat rychleji, než pokud podléhají občasným záchvatům hladu. Výsledky zveřejněné Reisovým týmem tento týden v časopise Nature svědčí spíš pro druhou možnost. Kvasar, který vědci pozorovali pomocí rentgenových družic Chandra a XMM-Newton na oběžné dráze Země, má katalogové číslo RX J1131-1231.

Stejně jako do jiných černých děr do něj padá hmota po gigantické spirále, říká se jí akreční disk. Během svého pádu vysílá rentgenové záření. Astronomy zajímalo záření žhavých elektronů z akrečního disku kvasaru. Tvoří pouhé jedno procento zářivého výkonu kvasaru, proto je těžké ho spatřit. V případě objektu RX J1131-1231 pomohla vědcům náhoda. Rentgenové záření vzdáleného kvasaru ohnula blízká těžká galaxie podobným způsobem, jako kancelářská lupa ohýbá viditelné světlo a vylepšuje tak obraz.

Hmota padající do černé díry září v rentgenové oblasti.

Časoprostorová ždímačka

Obrovská masa černé díry deformuje prostor v jejím blízkém okolí. Projevuje se to i na vlastnostech rentgenového záření, které přichází z akrečního disku. Čím větší je tato změna, tím blíž je zdroj záření horizontu události - oblasti, za níž nemohou děje v pokrouceném časoprostoru černé díry ovlivnit vnější pozorovatele. Je to hranice, po jejímž překročení už není možné černou díru opustit.

Způsob pokroucení časoprostoru v okolí černé díry se řídí i její rotací. Čím rychleji se točí, tím blíž k horizontu události můře hmota ještě obíhat. Ze záření žhavých elektronů vědci odhadují, že přichází z oblasti vzdálené od horizontu události jen tři jeho průměry.

Podle výpočtů astronomů rotuje supermasivní černá díra v jádru objektu rychlostí vyšší než polovina rychlosti světla. Znamená to, že měla spíš stálý přísun hmoty, než aby chvílemi hladověla, a pak hladovění doháněla nezřízeným hltáním. Zatím je samozřejmě těžké říct, jestli jde o obecné pravidlo.

Foto: X-ray: NASA/CXC/Univ of Michigan/R.C.Reis et al; Optical: NASA/STScI, NASA/JPL-Caltech, ESO/L. Calçada

Autor: Radek John