Jak se vrtí černé díry a jak nabraly svoji neuvěřitelnou hmotnost?
Černé díry nic nevyzařují, a tak se pozorují velmi těžko. Musíme je tedy zkoumat podle toho, jak reagují s okolím.
Černé díry v nás stále evokují jakési tajemné, strašidelné a hrozivé objekty, které je pěkné zkoumat na dálku, ale radši bychom se jim měli vyhýbat. Ve skutečnosti vlastně bůhvíjak nebezpečné nejsou, ale nejedno tajemství stále skrývají, neboť jejich pozorování nepatří k těm nejjednodušším, která můžete uskutečnit.
| Černé díry se zřejmě rodí bez velkého povyku |
Největší problém při pozorování černých děr je ten, že samy o sobě nic nevyzařují. Jejich gravitace je totiž natolik silná, že z jejich povrchu nezvládnou uniknout ani fotony. Jediný způsob, jak můžeme černou díru pozorovat, je tedy její interakce s okolím. Z externího pozorování můžeme i tak, podle teorému, že ‘černá díra nemá vlasy’, napozorovat pouze tři vlastnosti - hmotnost, moment hybnosti a náboj (který doposud nebyl pozorovaný u žádné z černých děr, nicméně rovnice popisující černé díry jeho existenci nevylučují).
Jak je prokouknout?
Hmotnost lze určit poměrně ‘jednoduše’ z chování hmoty v bezprostřední blízkosti černé díry, a tedy ze spektra pozorované galaxie. S momentem hybnosti, čili volně řečeno mírou toho, jak moc černá díra rotuje, je to složitější. Před tuto výzvu se postavily americká družice NuSTAR a evropská XMM-Newton pozorující oblohu v rentgenovém záření.
Družice se zaměřily na supermasivní černou díru v centru galaxie NGC 1365. O ní víme, že je zhruba dvamilionkrát hmotnější než naše Slunce. Pozorování z těchto dvou družic ukazují, že tato supermasivní černá díra rotuje na samé hranici toho, co jí dovoluje Einsteinova teorie relativity. Družice byly schopny pozorovat víry v materiálu padajícím na černou díru, které naznačují extrémní zakřivení časoprostoru vlivem silné gravitace. Stopováním těchto vírů a zakřivení byli astronomové schopni určit moment hybnosti dané černé díry.
Rentgenové oko dohlédne až k černým dírám. Může vidět i tu ve středu galaxie
K něčemu takovému byla potřeba mise typu NuSTAR, která je unikátní v tom, že vesmír umí pozorovat na velmi krátkých vlnových délkách. Obecně můžeme zjednodušeně říct, že čím kratší vlnové délky k pozorování používáme, tím blíž k samotné černé díře jsme. Problémem pozorování na krátkých vlnových délkách je zaostřování. XMM-Newton sice zaostřit umí, ale nepozoruje na tak krátkých vlnových délkách jako NuSTAR, a tak byla pozorování rušena přítomností prachu a plynu v okolí černé díry. Stačí se ale posunout k vyšším energiím a pozorování už nic bránit nebude a je možné vyloučit, že víry a zakřivení jsou pouze pozorovací efekty způsobené přítomností prachu a plynu.
Velké neznámé…
Takováto pozorování jsou pro studium fyziky černých děr esenciální, neboť nám mohou pomoci rozluštit hádanku růstu černých děr a historie jejich hostovské galaxie. Doteď totiž není jasné, jak se supermasivní černé díry formovaly.
| Pláč umírajících hvězd. Jak vypadá pohlcení hvězdy supermasivní černou dírou? |
Na samém počátku vesmíru totiž musely mít ‘normální’ hmotnost. Je otázkou, zda-li na váze přibraly srážkami mezi sebou, nebo jen jednoduchým polykáním okolního materiálnu, popřípadě obojím.
Měření momentu hybnosti jednotlivých supermasivních černých děr nám tuto otázku může pomoci zodpovědět. Podle měření černé díry v galaxii NGC 1365 teď stačí nakalibrovat několik dalších v minulosti pořízených pozorování, které nám poskytnou další dílky skládanky.
Úvodní foto (umělcova představa supermasivní černé díry; oranžová barva naznačuje akreční disk, bílo-modrou je naznačen výtrysk hmoty (jet), který je pravděpodobně poháněn momentem hybnosti černé díry): NASA/JPL - Caltech
