Astronomové právě vypočítali rychlost rotace supermasivní černé díry

Tajemný objekt, který byl pohlcen supermasivní černou dírou vzdálenou miliardu světelných let od Země, odhalil, jak rychle se tato černá díra otáčí kolem své osy.

Změny ve světelném záblesku při probouzení a „krmení“ černé díry byly způsobeny diskem materiálu, který se vířil a kýval – a toto kývání nám poskytlo rychlost rotace černé díry v jejím středu, tvrdí tým vedený astrofyzikem Dheerajem Pashamem z Massachusettského technologického institutu (MIT).

Je to poprvé, co se vědcům podařilo vypočítat rychlost rotace černé díry na základě jejího kmitajícího akrečního disku, a získat tak nový nástroj pro pochopení nejpodivnějších a nejhustších známých objektů ve vesmíru.

Jak rychle se otáčela? Méně než 25 procent rychlosti světla. To je na černou díru docela pomalu. Samo o sobě to není nijak úžasně užitečné číslo, ale důsledky toho, že se nám ji vůbec podařilo najít, jsou docela vzrušující. „Tím, že v příštích letech prozkoumáme touto metodou několik systémů,“ říká Pasham, „mohou astronomové odhadnout celkové rozložení spinů černých děr a porozumět dlouholeté otázce, jak se vyvíjejí v čase.“

Supermasivní černé díry jsou leviatani, kteří číhají v srdcích galaxií. Tyto masivní objekty, jejichž hmotnost je milionkrát až miliardkrát větší než hmotnost Slunce, jsou gravitačními uzly, které pomáhají spojovat galaxie dohromady a hrají významnou roli v jejich vývoji. Mají také různorodé chování, od klidného až po zářivě aktivní, kdy prozařují časoprostor jedněmi z nejjasnějších světelných záblesků ve vesmíru.

Toto světlo nevytvářejí samotné černé díry: jejich hustota je tak vysoká, že rychlost potřebná k úniku z jejich gravitačního sevření je vyšší než rychlost světla ve vakuu. Světlo pochází spíše z materiálu, který víří kolem nich, když se do nich přivádí: hustý torus, který obklopuje disk, jenž se přivádí do černé díry, jako voda stékající do kanalizace.

V roce 2020 astronomové spatřili něco zajímavého. V galaxii vzdálené asi miliardu světelných let se z dříve klidné černé díry náhle vyklubal obří světelný záblesk, který byl pojmenován AT2020ocn. Data získaná z teleskopů, které se zaměřily na tuto část oblohy, odhalila, že nejpravděpodobnější příčinou byl slapový rozvrat. Jedná se poněkud o slušný název pro násilné gravitační (slapový) vyvržení (rozvrat) procházející hvězdy černou dírou.

Jak se hvězda rozpadá, její rozpadlé vnitřnosti vytvářejí kolem hvězdy bíle žhavý disk. A protože se hvězda může k černé díře přibližovat z libovolného směru, může být tento disk špatně sladěn s rotací černé díry. To může způsobit kmitání neboli precesi, protože černá díra ji přitahuje do souladu se svou rotací – trochu jako Eulerův disk, který se dostává do správné polohy.

Protože kmitání a spin spolu souvisejí, vznikla teorie, že by první z nich mohlo být způsobem, jak měřit druhé. „Klíčové však bylo mít správná pozorování,“ říká Pasham. „Jediný způsob, jak to můžete udělat, je, že jakmile dojde k události slapového narušení, musíte si pořídit dalekohled, který se na tento objekt bude dívat nepřetržitě, po velmi dlouhou dobu, takže můžete zkoumat nejrůznější časové škály, od minut až po měsíce.“

Máme přístroje, které skenují oblohu a hledají věci, které se náhle zjasní, takže se nám podařilo zachytit AT2020ocn dostatečně brzy. Pasham a jeho kolegové pak pokračovali v pozorování a sledování nově vzplanuvší galaxie, a to dostatečně brzy po jejím vzplanutí, aby zachytili precesi disku, než se ustálí.

Zjistili, že galaxie vzplane v rentgenovém záření zhruba každých 15 dní na malou chvíli, než utichne, což spojili s precesí disku. Když to zkombinovali s odhadovanou hmotností černé díry – asi 2,5milionkrát větší než hmotnost Slunce – byli schopni vypočítat, jak rychle se černá díra otáčí.

Sama o sobě nám tato data vypovídají pouze o jedné černé díře, ale právě technika je na tom to nejzajímavější. K událostem slapových poruch dochází dostatečně často, takže pokud se nám je podaří zachytit a monitorovat pomocí přístrojů, jako je připravovaná Rubinova observatoř, mohli bychom být schopni sestavit mapu rozložení různých rotací, která nám umožní dozvědět se více o tom, jak se černé díry chovají a mění v čase.

„Spin supermasivní černé díry vypovídá o její historii,“ říká Pasham. „I kdyby takový signál měla jen malá část těch, které Rubin zachytil, máme nyní možnost měřit spiny stovek TDE. Pak bychom mohli učinit velké prohlášení o tom, jak se černé díry vyvíjejí v průběhu stáří vesmíru.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: nature.com, youtube.com