Článek
Dohromady se této dvojici i gravitační čočce s ní spojené přezdívá Kosmická podkova.
Oranžová galaxie, která vytváří zmíněnou gravitační čočku a o které informoval mj. magazín Forbes, má katalogové číslo LRG 3-757 a leží od nás ve vzdálenosti 5,6 miliard světelných let. Podle amerického vesmírného úřadu NASA je asi 10krát hmotnější než Mléčná dráha.
Deformovaný obraz galaxie umístěné za ní tvoří sice trochu přerušovaný, ale dosti pravidelný kruh, kterému se u gravitačních čoček říká Einsteinův prstenec, protože právě Einstein tento celkem vzácný jev u gravitačních čoček kdysi předpověděl.
Vědci odhadují hmotnost černé díry ležící v centru této galaxie na neuvěřitelných 36 miliard Sluncí (s přesností šesti miliard Sluncí).
Gravitační čočka je jev, při kterém masivní objekt (např. galaxie, černá díra nebo shluk galaxií) svou gravitací zakřivuje prostoročas a ohýbá světlo ze vzdálenějšího zdroje za ním (např. jiné galaxie nebo kvazaru). Tento efekt funguje podobně jako optická čočka, která může světlo zesílit, zkreslit nebo vytvořit více obrazů zdroje. Gravitační čočky umožňují astronomům studovat vzdálené objekty, které by jinak byly příliš slabé, a odhadovat (rozložení) hmotnosti objektů způsobujících zakřivení. Tento jev předpověděl Albert Einstein v rámci obecné relativity.
Einsteinův prstenec je specifický případ gravitační čočky, kdy jsou zdroj světla, mezilehlý „čočkující“ objekt (např. galaxie) a pozorovatel na Zemi v téměř dokonalém zarovnání. Světlo ze vzdáleného zdroje je pak deformováno do tvaru kruhu kolem čočkujícího objektu, čímž vzniká jasný kruhově symetrický prstenec. Příkladem je jev zvaný Kosmická podkova, kde byl pozorován téměř dokonalý Einsteinův prstenec díky symetrickému gravitačnímu čočkování masivní galaxie LRG 3-757 v popředí. Prstenec může být buď úplný, nebo částečný (pak se tvoří přerušované oblouky), pokud zarovnání není ideální.
„Je dost možné, že jde o nejhmotnější černou díru ve vesmíru,“ uvedl astrofyzik Thomas Collett z britské University of Portsmouth, spoluautor příslušné studie zveřejněné 7. srpna v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
„Představte si hmotnost celé malé galaxie, která je stlačena do jediného bodu – to je totiž přesně to, co máme před sebou. Patří určitě mezi 10 nejhmotnějších černých děr, které byly zatím objeveny, ale dost možná bude i tou nejhmotnější z nich,“ doplnil Collett. „Většina ostatních měření hmotnosti černých děr je nepřímá a obsahuje poměrně velké nepřesnosti, takže opravdu nevíme jistě, která z nich je největší,“ dovysvětlil v tiskové zprávě.
Kombinace měření a modelování: nečekaný výsledek
Předchozí pokusy odhadnout hmotnost tohoto černoděrového monstra skončily nejistými výsledky. Uvažovaná černá díra totiž nejeví známky aktivity např. ve formě záření akrečního disku, takže se zde nebylo prakticky o co opřít.
Akreční disk černé díry je rotační struktura tvořená materiálem, který je gravitačně přitahován černou dírou a spirálovitě klesá směrem k ní. Tento materiál se shlukuje do plochého disku kolem černé díry, kde je urychlován. Při pohybu uvnitř disku se částice hmoty silně třou, zahřívají a ztrácejí energii, což vede k intenzivnímu záření (např. v rentgenovém nebo ultrafialovém spektru).
Collett se spolupracovníky se proto pustili do pečlivého měření dvou různých jevů, které mohou odhalit hmotnost každé, tedy i neaktivní černé díry – jednak měřili rychlosti hvězd, které těsně kolem černé díry obíhají, a také míru, ve které její gravitace ohýbá kolem prolétávající paprsky světla, napsal web Universe Today.
Rychlosti blízkých hvězd se zde pohybovaly kolem 400 kilometrů za sekundu. To současně s měřením míry deformace světla vzdálených objektů (tedy vlastního gravitačního čočkování centrální černé díry v galaxii) umožnilo vědcům spočítat dosti přesný odhad hmotnosti.
Přitom původně se vědci vůbec nesnažili přijít na stopu rekordní černě díře. Chtěli „jen“ prozkoumat rozložení temné hmoty v galaxii a dlouho jim to nesedělo s modely dynamiky této galaxie, které ukazovaly na mnohem silnější gravitační síly v jejím centru, než by odpovídalo pouhé přítomnosti temné hmoty.
Až když vědci v simulacích připustili, že hmotnost centrální černé díry je pravdu velmi vysoká, začal jim konečně jejich model fungovat.
„Otesánek“ v poslední fázi vývoje, který usnul
Galaxie LRG 3-757, vytvářející jev Kosmické podkovy, je podle internetového magazínu Cosmos výsledkem vývoje tzv. fosilní skupiny galaxií. Gravitační přitahování mezi sousedními starými galaxiemi vedlo k tomu, že ta největší z nich postupně „spolykala“ všechny sousední menší galaxie, načež výsledný objekt je konečným produktem tohoto vývoje.
Totéž se dělo i se supermasivními černými děrami, které sídlily v jádrech všech původních menších galaxií. I ty se postupně sloučily v jednu obrovskou černou díru, která nakonec dominuje středu výsledné obří galaxie.
Právě takto vzniklý obrovský útvar, který se však vyznačuje zvláštním chováním – jak už bylo naznačeno, je nyní neaktivní. Supermasivní černá díra v jeho středu už nepohlcuje žádný plyn ani prach a na rozdíl od aktivních jader jiných galaxií nebo kvasarů nevykazuje žádné větší známky aktivity - jako kdyby „usnula“.
Aby však narostl do současných rozměrů, musel po většinu své existence tento vesmírný „Otesánek“ hltat hmotu prakticky bez přestávky.
„Je fascinující, že se růst tak hladového monstra zastavil,“ poznamenal Collett. „Pravděpodobně zde sledujeme konečnou fázi vývoje galaxie i její centrální černé díry,“ dodal.
Černé díry ovlivňují život svých galaxií
Studium supermasivních černých děr ve středech galaxií umožňuje chápat, jak spolu souvisí vývoj obojího. Když roste hmotnost galaxie, více materiálu se dostává i do centra, kde pak může centrální černá díra pohltit více této hmoty. Černá díra se následně zvětší a díky urychlování ostatní blízké, ale nepohlcené hmoty v silném gravitačním poli pak okolí černé díry většinou prudce září. Toto intenzivní záření pak podle webu SciTechDaily někdy omezí nebo zastaví tvorbu nových hvězd z plynných oblaků.
Obecně statisticky platí: čím hmotnější je galaxie, tím hmotnější černou díru ve svém středu má.
Vědci nyní plánují podobnou kombinaci metod, která byla úspěšná v případě odhalení neaktivní černé díry ve středu „čočkující“ galaxie vytvářející Kosmickou podkovu, použít i na jiné galaxie, což by mohlo vést k odhalení dalších podobných „spících“, čili neaktivních supermasivních černých děr ve vzdáleném vesmíru. Mnoho z nich by mohlo být objeveno např. v datech o gravitačních čočkách, pořízených vesmírným dalekohledem Euclid.
Zároveň s tím mohou vědci prozkoumat, jak přesně probíhá růst galaxií pomocí jejich postupného vzájemného pohlcování a jak to souvisí s růstem jejich centrálních černých děr.
