Hledání černých děr střední hmotnosti. Záhada, které zatím nikdo nepřišel na kloub
V 90. letech bylo potvrzeno, že všechny galaxie, hostí ve svém centru masivní černé díry. Naopak po zániku masivních hvězd vznikají černé díry poměrně nízkých hmotností. Ve vesmíru se zpravidla nic nevyskytuje jen ve dvou extrémech, musí existovat i nějaký průměr. Kde hledat černé díry středních hmotností?
Černé díry vždycky byly velkou neznámou. Vzhledem k tomu, že samy o sobě jsou natolik hmotné, z nich neuniká žádné záření a jejich detekce je poměrně složitá. Naštěstí máme k dispozici dalekohledy s dostatečným rozlišením, které nám pomáhají podle pohybů hvězd v okolí černé díry určit její hmotnost a vlastně i samotnou přítomnost.
Černé díry: Extrémní podmínky uvnitř nich jsou stále záhadou. Brzy se to však změní
Zlatá střední cesta?
Díky statistickému studiu černých děr jsme zjistili, že jejich hmotnost koresponduje s vlastnostmi hostujících galaxií. Zjednodušeně řečeno, čím větší galaxie, tím hmotnější černá díra. Tohle platí pro velké galaxie, ale co když půjdeme k menším rozměrům, konkrétně k trpasličím galaxiím a nebo k úplně obyčejným gravitačně vázaným kulovým hvězdokupám?
V tomto případě jsou stěžejní otázky vlastně dvě. Mají vůbec malé hvězdné systémy ve svém srdci černé díry? Korespondovaly by vlastnosti takové černé díry s vlastnostmi malého hvězdného systému? Nejnovější studie zabývající se touto otázkou se v prvotně nezaobírá hmotností systémů a přítomností děr, ale tím, jak rychle se v nich pohybují hvězdy. To se totiž ukazuje být poměrně spolehlivým indikátorem černých děr.
Černé díry zůstanou ve tmě. NASA nemá na jejich výzkum
V trpasličích galaxiích i kulových hvězdokupách, kterými se nová studie zabývá, je vždy dostatečné množství hvězd, aby se zvládly ovlivňovat navzájem, předávat si energii a moment hybnosti. Probíhá zde takzvaná relaxace dvou těles. Setkají-li se dvě hvězdy různých hmotností v hvězdokupě nebo trpasličí galaxii, má hvězda s větším množstvím energie tendenci předat energii hvězdě s energií nižší. Je to vlastně stejný princip, kvůli kterému se nám ochladí kafe v pokojové teplotě. Těžší hvězda zpravidla předá energii hvězdě lehčí a ta má zase tendenci odputovat na okraj systému, zatímco těžká hvězda zůstane blíže středu. Za nějaký čas se celý systém zrelaxuje a výrazné putování hvězd přestane. To samozřejmě trvá poměrně dlouhou dobu. Navíc čím jsou hvězdy rychlejší a mají víc energie, tím déle to systému bude trvat.
Souboj těžké a lehké váhy
Pokud systém zrelaxuje, dostane se do stavu, že velmi husté a hmotné jádro je obklopeno halem z lehkých hvězd. Pro takový systém nastává kolaps jádra. Problém tého předpovědi tkví v tom, že odhad počítá s jednoduchými hvězdami a ne dvojhvězdnými a vícečetnými systémy, ve kterých je podstatně složitější celý relaxační proces popsat. V takovém systému se totiž musí brát v úvahu i interakce složek vícenásobných systémů.
Pokud by hvězdokupa nebo trpasličí galaxie obsahovala vícečetné systémy, musí rozptyl rychlostí hvězd překročit určitou minimální hranici. Kolaps jádra je ohraničen rychlostmi hvězd v systému, ale to ještě neznamená, že ve středu najdeme černou díru, nebo ano?
Ve středu systému se nacházejí hmotné hvězdy, které žijí dynamickým životem a poměrně brzy dosáhnou stádia černé díry. Co se stane, když ve středu trpasličí galaxie nebo kulové hvězdokupy bude velké množství ‘lehkých’ černých děr? Scénářů je několik. Černé díry by se mohly posrážet, to by ale vedlo k jejich vystřelování ze systému a nepřítomnosti černé díry, což je krajně nepravděpodobné. Pokud by ale ve středu zůstala jedna černá díra, mohla by pomocí pohlcování hvězd z okolí narůst do rozměrů, které by jí kvalifikovaly na černou díru střední hmotnosti.
VIDEO: NASA poslala do vesmíru teleskop, který bude pozorovat černé díry
Závěr studie jasně mluví pro existenci jedné černé díry v každém systému, který projde kolapsem jádra. Otázkou zůstává, jak moc jsou černé díry v takovém systému schopny narůst a jak bude jejich hmotnost odpovídat hmotnosti, tedy jestli se chovají podle stejného scénáře, jako černé díry ve velkých galaxiích.
Úvodní foto: Trpasličí galaxie Henize 2-10. Snímek je složením rádiového a rentgenového pozorování. Zdroj Reines et al. NRAO/AUI/NSF/NASA.
