Dve nové štúdie Čierne diery požierajú celé hviezdy
Čierne diery pohltia všetko, čo sa k nim priblíži. Dve nové štúdie poskytujú pohľad na „stravovacie návyky“ záhadných predmetov. Vedci dúfajú, že to poskytne dôležité informácie o formovaní galaxií.
Čierne diery patria medzi najtajomnejšie objekty v kozme. Dokážu spojiť masu miliónov alebo niekedy miliárd sĺnk a ich extrémna gravitácia zaisťuje, že z nich nemôže uniknúť ani svetlo. Gravitačné príšery vďačia za svoje meno tejto skutočnosti, a práve preto ich nie je možné priamo pozorovať ďalekohľadmi. Ak však čierna diera pohltí novú hmotu, najskôr sa rozsvieti pred jej prehltnutím. A pozorovaním tohto kozmického jedla sa človek môže dozvedieť veľa o vlastnostiach ťažkých váh. Na výročnom stretnutí Americkej astronomickej spoločnosti (AAS) v Seattli vedci predstavili nové výsledky takýchto „výživových štúdií“.
Čierne diery trhajú hviezdy od seba
Supermasívna čierna diera spí v srdciach väčšiny galaxií, čo má zásadný vplyv na vývoj celej galaxie. Vo vzdialenosti zvyčajne niekoľko stotisíc rokov sa prebúdza k novej aktivite: Ak sa hviezda priblíži príliš blízko, je ju gigantickou gravitáciou roztrhaná na kúsky a nakoniec pohltená.
Jednu takúto „prílivovú poruchu“ zaregistroval systém automatického ďalekohľadu v novembri 2014 v galaxii vzdialenej 290 miliónov svetelných rokov. Svetelný rok je vzdialenosť, ktorú svetlo prejde za jeden rok - okolo 9,5 bilióna kilometrov. Hviezda bola roztrhaná silnými prílivovými silami čiernej diery: jej gravitácia sa tiahne silnejšie na blízkej strane hviezdy ako na vzdialenejšej strane a roztrháva ju.
Vedci určujú rotáciu čiernej diery
Kozmickú drámu sledovalo niekoľko observatórií. Z pozorovaní skupina na čele s Dheerajom Pashamom z Massachusetts Institute of Technology (MIT) teraz určila rotáciu čiernej diery, takzvanú spin. Okrem hmotnosti, ktorú je možné odvodiť z pôsobenia gravitácie na iné nebeské telesá, je táto rotácia najdôležitejšou vlastnosťou gravitačných príšer, ale nie je ľahké ju určiť.
„Je veľmi ťažké obmedziť rotáciu čiernej diery, pretože efekty rotácie sa objavujú iba veľmi blízko samotnej diery, kde je gravitácia mimoriadne silná a je ťažké získať nadhľad,“ vysvetľuje Pasham v tlačovej správe Európska vesmírna agentúra Esa. Ich röntgenový satelit „XMM-Newton“ bol zameraný na udalosť.
Hmota sa stane horúcou do červena a potom sa prehltne
Hmota narušenej hviezdy nespadá priamo do čiernej diery, ale zhromažďuje sa v akomsi víre, takzvanom akrečnom disku, predtým ako je konečne pohltená. Látka na tomto disku sa zahrieva na milióny stupňov a vyžaruje jasné röntgenové lúče. Podľa Pashama by sa predpoklad vedcov dal určiť z pozorovania najvnútornejšej oblasti akrečného disku. „Pozorovania takýchto udalostí však nie sú dostatočne citlivé na to, aby sme podrobne preskúmali túto oblasť vysokej gravitácie - až doteraz.“
V dátach európskeho röntgenového satelitu a vesmírnych ďalekohľadov „Chandra“ a „Swift“ americkej vesmírnej agentúry NASA objavili vedci pravidelné kolísanie signálu z čiernej diery v rytme 131 sekúnd. Signál bolo možné pozorovať 450 dní, ako informoval tím v časopise „Science“.
Podrobné pozorovanie je prvé
„Ide o mimoriadny nález: taký jasný signál, ktorý zostáva tak dlho stabilný, nebol nikdy pozorovaný v blízkosti žiadnej čiernej diery,“ zdôrazňuje spoluautorka Alessia Franchini z milánskej univerzity. "A navyše signál pochádza z bezprostrednej blízkosti horizontu udalostí čiernej diery - za týmto bodom nemôžeme nič pozorovať, pretože gravitačná sila je taká silná, že neunikne ani svetlo."
Z rytmu röntgenových impulzov vedci odvodili rozmery takzvanej najmenšej stabilnej kruhovej dráhy (ISCO; najvnútornejšia stabilná kruhová dráha) okolo čiernej diery. Tie zase vyplývajú z toho, ako rýchlo sa čierna diera otáča. Výsledok analýzy: Skúmaná čierna diera musí rotovať najmenej 50 percent rýchlosti svetla.
„Nie je to veľmi rýchle - existujú aj ďalšie čierne diery, ktorých rotácia sa odhaduje na takmer 99 percent rýchlosti svetla,“ vysvetľuje Pasham. „Ale je to prvýkrát, čo sme dokázali využiť vzplanutie prílivovej udalosti roztrhnutej hviezdy na potlačenie rotácie supermasívnej čiernej diery.“
Dôležitý krok v porozumení galaxií
Štúdia tak demonštruje novú metódu na určovanie rotácie supermasívnych čiernych dier. Vedci dúfajú, že v nasledujúcom desaťročí objavia viac takýchto udalostí. Odhad otočenia niekoľkých čiernych dier od začiatku času do súčasnosti môže pomôcť napríklad pri vyšetrovaní otázky, či existuje súvislosť medzi vekom a vývrtom čiernej diery, vysvetľujú.
„Udalosti, pri ktorých čierne diery trhajú hviezdy, ktoré sa k nim príliš približujú, by nám mohli pomôcť zmapovať otočenie niekoľkých čiernych dier, ktoré nie sú aktívne a inak skryté v centrách galaxií,“ vysvetľuje Pasham. „To by nám nakoniec mohlo pomôcť pochopiť, ako sa galaxie vyvíjali v kozmickom čase.“
Nie sú to však iba supermasívne čierne diery v centrách veľkých galaxií, ktoré absorbujú novú hmotu. Tím vedený Erin Karou z Marylandskej univerzity spozoroval relatívne malú čiernu dieru s asi desaťkrát väčšou hmotnosťou ako naše Slnko, keď nasáva materiál z vedľajšej hviezdy. Štúdia, ktorá bola tiež predstavená na kongrese astronómov v Seattli, poskytuje zatiaľ najjasnejší obraz o tom, ako také malé, hviezdne čierne diery konzumujú hmotu a emitujú energiu, uvádzajú vedci.
Čierna diera vedľa súhvezdia Leva
Tím použil prístroj „Nicer“ (Neutron Star Interior Composition Explorer), ktorý bol skutočne vyrobený na štúdium takzvaných neutrónových hviezd, z Medzinárodnej vesmírnej stanice ISS na preskúmanie náhle blikajúcej čiernej diery, ktorá je v súhvezdí Lev vzdialená asi 10 000 svetelných rokov. Zaregistroval ho 11. marca 2018 japonský prístroj „Maxi“, ktorý prehľadáva celú oblohu kvôli náhlym výbuchom žiarenia v oblasti röntgenových lúčov, a preto nesie katalógové číslo MAXI J1820 + 070.
Doteraz neznáma čierna diera známa skrátene J1820 sa za pár dní vyvinula v jeden z najjasnejších zdrojov röntgenového žiarenia a poskytla výskumníkom dokonalú pozorovaciu perspektívu. „Táto ligotavá čierna diera sa na obrazovke javila úplne bez prekážok, takže sme dostali úplne nefalšovaný pohľad na to, čo sa deje,“ informuje Kárin kolega Jack Steiner z Massachusetts Institute of Technology (MIT). To vedcom umožnilo presne sledovať, ako sa čierna diera vyvíjala v priebehu jedla.
Svetelné ozveny sú pozorované z ISS
Koróna, oblak extrémne horúceho plynu, ktorý sa nachádza nad čiernou dierou a jej akrečným diskom, hrá ústrednú úlohu. Vedci pozorovali pomocou výrazu „Peknejšie“ takzvané svetelné ozveny: svetlo z koróny sa k nám dostane nielen priamo, ale aj ako druh odrazu od akrečného disku pod ním.
„Príjemnejšie“ nám umožnilo merať svetelné ozveny bližšie k hviezdnej čiernej diere ako kedykoľvek predtým, “zdôrazňuje Kara. "Doteraz boli tieto svetelné ozveny z vnútorného akrečného disku pozorované iba v supermasívnych čiernych dierach, ktoré majú milióny až miliardy solárnych hmôt a ktoré sa menia len pomaly." Hviezdne čierne diery ako J1820 majú oveľa menšiu hmotnosť a vyvíjajú sa oveľa rýchlejšie, takže zmeny sa dejú v časových mierkach človeka. ““
V priebehu pozorovaní sa svetelná ozvena skrátila, ako uviedli vedci v časopise „Nature“. To znamená, že vzdialenosť medzi korónou a akrečným diskom sa zmenšila. Pretože ďalšie analýzy ukázali, že sa expanzia akrečného disku nezmenila, vedci dospeli k záveru, že koróna sa stiahla blízko čiernej diery. Mrak horúceho plynu sa zhruba za mesiac zmenšil z približne 100 kilometrov na desať kilometrov. "Je to prvý jasný prípad zmenšovania koróny, zatiaľ čo disk zostáva konštantný," zdôrazňuje Steiner .
Vedci testujú analógie s inými čiernymi dierami
„„ Príjemnejšie “pozorovania z J1820 nám ukázali niečo nové o hviezdnych čiernych dierach a o tom, ako by sme ich mohli použiť ako analógy na štúdium supermasívnych čiernych dier a ich účinkov na vývoj galaxií,“ dodáva spoluautor Philip Uttley z Amsterdamskej univerzity. Ak vedci pochopia, ako a prečo sa tieto zmeny v hviezdnych čiernych dierach dejú v priebehu týždňov, mohli by získať nové poznatky o miliónoch rokov vývoja supermasívnych čiernych dier - a ich vplyve na ich domovské galaxie.