Černé díry vydávají svá tajemství

Mikroquasar, studovaný roku 2001 americkou Národní radioastronomickou observatoří, se před 230 milióny lety vydal na cestu z centrální části naší galaxie, udělal smyčku a nyní je poměrně blízko galaktického ramene, v němž se nachází naše sluneční soustava. Ovšem proč se z něj stal cestovatel, zůstává záhadou.

Vysvětlení se zřejmě nabídlo až letos díky snímkům rentgenového orbitálního teleskopu Chandra, který mapuje objekty, vydávající silné rentgenové záření. Mezi zachycenými objekty je totiž řada takových, které odpovídají charakteristice černých děr – až na to, že nejsou uprostřed galaxie, jak se pro ty největší z nich předpokládá.

Marianne Heidová z Univerzity Utrecht v květnovém vydání magazínu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society vyslovila na základě počítačové simulace domněnku, že teleskop zachytil stav po srážce dvou černých děr, při níž vznikla supermasivní černá díra velikosti miliard Sluncí. V závislosti na rotaci původních objektů, úhlu a rychlosti jejich srážky by nově vzniklý objekt mohl být za určitých podmínek nasměrován velkou rychlostí ven z mateřské galaxie.

I když mikroquasar XTE J1118+480 – mimochodem plus v jeho pojmenování znamená, že si s sebou nese shluk hmoty, který postupně vysává – patří k menším rentgenovým zdrojům mimo střed galaxie, teorie Heidové by mohla vysvětlit jeho putování.

Astronomové se dlouhá léta museli spokojit s faktem, že „všepohlcující“ černé díry zároveň vydávají vlastní záření. Kde se vlastně berou tyto výtrysky částic, tzv. blazary, vysvětlili teprve před několika měsíci američtí astronomové.

„Podařilo se nám zatím nejjasněji nahlédnout dovnitř počínajícího výtrysku, kde jsou částice zrychlovány,“ uvedl Alan Marscher z Bostonské univerzity v červnové studii v časopise Nature. Podle něj proud částic tryskal z velkých objektů ve chvíli, kdy se trhaly na hraně „normálního“ prostoru s klasickou gravitací a zóny přitažlivosti černé díry. „Šlo to jakoby tryskou přímo k nám,“ doplnil Hugh Aller z Michiganské univerzity.

Tým sledoval galaxii BL Lacertae v souhvězdí Ještěrky desítkou nejvýkonnějších radioteleskopů světa a díky tomu se prý vědcům podařilo dohlédnout až na tzv. horizont událostí. To je pomyslný bod, kde se gravitace hroutí a černá díra veškeré záření pohlcuje. Teoretická fyzika ovšem takovou možnost už ze své podstaty nepřipouští.

„Množství vyvrhované energie je až udivující,“ pozastavil se počátkem července v magazínu Nature Manfred Pakull z francouzské univerzity ve Štrasburku nad pozorováním výtrysků z černé díry ve spirální galaxii NGC 7793, vzdálené 12 miliónů světelných let. Teleskop VLT v Chile v kombinaci s kamerami satelitu Chandra ukázal, že dvojice proudů z ní vyvrhovaných částic svou mohutností „odstrkují“ oblak plynů o průměru tisíc světelných let.

Jedná se o dosud nejmohutnější výtrysky částic z černé díry řádově velikosti jen několika našich sluncí, ležící mimo galaktické centrum. Právě takové se označují jako mikroquasary. Jestliže by se černá díra v NGC 7793 zmenšila na velikost fotbalového míče, podle přirovnání Roberta Sorii z Mullardova vesmírného střediska londýnské University College by tryskající proud dosahoval až k Plutu.

Už Albert Einstein před sto lety očekával, že gravitace ve vesmíru dokáže ohnout světlo. Prochází-li paprsek kolem velmi hmotného objektu, přitažlivost jeho dráhu zakřiví. Obraz je sice pokřivený, ale je vidět „za roh“.

Server space.com přinesl v červenci zprávu o prvním případu, kdy jako tato tzv. gravitační čočka posloužil švýcarským astronomům quasar, respektive černá díra.

Tým vedený Frederikem Courbinem z Ecole Polytechnique Federale v Lausanne zkoumal quasar SDSS J0013+1523, vzdálený přes jednu a půl miliardy světelných let od Země.

„Je to jako snažit se určit barvu obruby silného reflektoru, mířícího vám do očí,“ popsal v magazínu Astronomy & Astrophysics nesnadnost vytyčeného úkolu – vědci chtěli tentokrát studovat samu gravitační čočku a ne objekty, které umožňovala vidět, aby bylo možné definovat zkreslení obrazu.

Quasar totiž svítí až tisíckrát silněji než celá galaxie s miliardami hvězd. Vědci proto postupovali obráceně – ze způsobu, jakým quasar zobrazil vzdálené světlo, tedy z množství „falešných“ obrazů a tvaru zkreslení – mohli odvodit jeho vnitřní strukturu a dokonce rozlišit jeho hmotu a hmotu galaxie.

Jedno z vysvětlení, kde se bere obrovská hmotnost černých děr, nabídl v květnu astronom Xavier Hernandez z Národní autonomní univerzity v Mexiku. Vyšel z nesrovnalosti kolem tzv. Eddingtonova limitu, což je teoretická hranice omezující rychlost narůstání černé díry – sice do ní „padá“ všechna okolní hmota, část, vyjádřená touto veličinou, jí ale uniká ve formě záření.

Supermasivní černé díry ale rostou, jako by tento limit pro ně neplatil. Hernandez na serveru space.com uvedl, že za tím může být tzv. černá neboli nezářivá hmota. Ta rovněž „není vidět“, protože nevydává žádné záření ani nijak nereaguje s „normální“ hmotou, je jí však ve vesmíru zřejmě mnohem víc než naší hmoty.

Temná hmota podle Hernandeze nevyzařuje ani tehdy, když je pohlcována černou dírou, je tedy zatím nemožné sledovat, kdy a jak v ní mizí. Dá se ale předpokládat, že je-li jí v blízkosti černé díry dostatečné množství, bude rovněž pohlcována. „Mělo by to být všeobecně akceptováno, že přinejmenším v některých případech je to právě černá hmota, co může vysvětlit, jak dosahují takové velikosti,“ napsal astrofyzik. „Když to domyslíme vzhledem k převaze temné hmoty ve vesmíru, černá díra by se jejím přičiněním stala tak velkou, že by pohltila celou galaxii,“ připustil nejsnáze se nabízející námitku. Protože tomu tak ale není, zdá se pravděpodobnější, že uprostřed galaktických výdutí v jejich centru tolik černé hmoty zase není.

Byly dřív galaxie, nebo černé díry, které vznikly zhroucením hvězd?

Tuhle otázku vyřešili vědci z americké Národní radioastronomické observatoře v Socorru v Novém Mexiku a německého Max Planckova radioastronomického institutu v Bonnu. Loni v lednu představili hypotézu, podle níž byly dřív černé díry, které teprve svou gravitací shlukly hvězdy do galaxií.

„Hromadí se důkazy, že černé díry předcházely galaxiím,“ řekl na 213. konferenci astronomické unie v kalifornské Long Beach Chris Carilli. S kolegy vyšli z dřívějšího poznatku, že mezi hmotností centrálních černých děr a množstvím hvězd a plynu v centru galaxie existuje přímá úměrnost. Tento poměr je ve známých galaxiích jedna ku tisíci, tedy černá díra je tisíckrát hmotnější než součet hmoty okolních hvězd a oblaků plynu.

„Podařilo se nám změřit hmotnost černých děr a starých galaxií během první miliardy let od Velkého třesku,“ řekl německý astronom Fabian Walter. Poměr hmotnosti na počátku 13,7 miliardy let dlouhé historie vesmíru byl odlišný od současného – centra prvních galaxií tak hmotná jako dnes nebyla.

Jenže čím se tedy černé díry sytily?!