Černé díry: Extrémní podmínky uvnitř nich jsou stále záhadou. Brzy se to však změní
Černé díry nám budou zase o něco blíže. Pomocí družice XMM-Newton se zanedlouho dozvíme další část tajemství, které černé díry ukrývají.
O tom, že každá galaxie ve svém srdci skrývá supermasivní černou díru jsme dnes už docela jistě přesvědčeni. O její anatomii a procesech v její blízkosti jsme toho však donedávna moc nevěděli. Nová studie založená na pozorováních evropské rentgenové družice XMM-Newton nám anatomii supermasivní černé díry trochu přiblížila.
Odpověď vzdálená 45 milionů světelných let
Ve vesmíru můžeme potkat dva druhy galaxií, aktivní, z jejichž supermasivní černé díry vychází velmi energetický výtrysk hmoty, a ty neaktivní, ke kterým se řadí kupříkladu naše Galaxie, které se chovají tak trochu umírněněji. Na otázku, proč jsou některé galaxie aktivní a jiné ne, sice existuje mnoho teorií, ale jasná odpověď zatím žádná. Právě ony aktivní galaxie představují pro astronomy poměrně zajímavé objekty, jelikož jsou díky vysokoenergetickým procesům, které na Zemi nemají obdoby, pozorovatelné i v rentgenové části spektra, ve které pozoruje zmíněná družice XMM-Newton (X-ray Multi-mirror Mission Newton).
I vy můžete přispět ke skutečnému objevu ve vesmíru. Stačí jen internet
Jednou z těchto aktivních galaxií je i galaxie s názvem NGC 4151, která se nachází 45 milionů světelných let daleko od nás, v souhvězdí Canes Venatici (Honící psi). Černá díra v jejím středu má hmotnost neuvěřitelných 50 milionů slunečních hmotností. Jedná se o jednu z rentgenově nejjasnějších galaxií, které na obloze vůbec můžeme pozorovat, a to z ní dělá naprosto ideální zdroj pro studium. Od roku 2000 byla na tuto galaxii družice XMM-Newton zaměřena tolikrát, že celkový součet pozorovacího času by dal čtyři dny, což je na jeden astronomický objekt úctyhodné. Právě tato galaxie umožnila astronomům nahlédnout do blízkosti svého srdce – černé díry.
Stále neznámé černé díry
Černé díry se zpravidla popisují tak, že ‘nemají vlasy’ – lze je popsat vlastně směšně malým počtem fyzikálních parametrů, a to hmotností, spinem (mírou rotace) a nábojem (který mají pouze teoreticky, pozorování náboje černé díry se doposud nepovedlo). Zatímco hmotnost černých děr už odhadovat umíme docela spolehlivě, se spinem je to mnohem horší. Jednou z možností, jak pozorovat rotaci černé díry, je sledovat její spektrum, konkrétně spektrální čáry železa, které jsou spojeny s energetickými přechody uvnitř atomů železa. K takovému přechodu je třeba energie, která je několika tisícinásobek energie viditelného světla.
Černé díry zůstanou ve tmě. NASA nemá na jejich výzkum
Podle našich, poměrně úspěšně potvrzených, představ každou aktivní supermasivní černou díru obklopuje disk z materiálu, který na ní postupně vlivěm gravitace po spirále padá. Takový disk je nazýván akrečním. O něm víme, že rotuje a materiál v něm je stlačen a zahříván na vysoké teploty. Jakmile se materiál příliš přiblíží k černé díře, dostane se za takzvaný horizont událostí a už jej nelze pozorovat.
Nejbližší okolí černé díry, a tedy i tento stlačený, zahřátý rotující materiál, je těsně před pádem na černou díru ozařován zdrojem rentgenového záření, které zdánlivě vychází z černé díry samotné jako výtrysk hmoty. Takové záření způsobuje právě změny v atomech železa a umožňuje nám pozorovat spektrum látky a její pohyb těsně před jejím přesunem za horizont událostí. Nejnovější studie ukázala, že zdroj rentgenového záření se ve skutečnosti nachází až kousek nad černou dírou samotnou.
Jasnější budoucnost?
Rentgenové záření, jehož intenzita se v čase mění, je tak jakousi ozvěnou toho, že na černou díru dopadl nějaký materiál. Každá změna je zpožděna právě o vzdálenost rentgenového zdroje od černé díry. Efekt zpoždění byl v této studii pozorován poprvé v historii. Z podobných ozvěn pozorovaných v rentgenovém záření ve spektru železa, bude v budoucnu možné sestavit mapu toho, jak materiál padá na černou díru.
Současná technika ale na takové pozorování není připravena. Objekt NGC 4151 tvoří výjimku, neboť byl pozorován dlouhou dobu. Astronomové byli schopni rozlišit, že změny v intenzitě rentgenového záření se dějí zhruba po 30 minutách, což odpovídá tomu, že rentgenové zdroj je od černé díry vzdálen 650 milionů kilometrů, což je o něco málo víc než čtyřnásobek vzdálenosti Země–Slunce. Tato studie zase o kousek posouvá naši představu o tom, co se děje s materiálem v extrémních gravitačních podmínkách.
Ilustrační foto (Mléčná dráha s černou dírou ve svém středu; umělecké ztvárnění)
