Divoké chování probouzející se černé díry přivádí astronomy do úzkých

Supermasivní černá díra vzdálená 300 milionů světelných let přivedla astrofyziky do úzkých. Číhá ve středu galaxie zvané SDSS1335+0728 a od roku 2019 vědci v reálném čase sledují, jak se probudila z klidného spánku a začala hýřit aktivitou a chrlit sérii světelných erupcí.

To samo o sobě odpovídá tomu, jak se supermasivní černé díry chovají. Ale chování této konkrétní černé díry, přezdívané Ansky, je tak zvláštní a divoké, že je náročné ho vysvětlit. „Záblesky rentgenového záření z Anskyho jsou desetkrát delší a desetkrát zářivější než to, co vidíme u typické kvazi-periodické erupce,“ říká astrofyzik Joheen Chakraborty z MIT.

„Každá z těchto erupcí uvolňuje stokrát více energie, než jsme viděli jinde. Erupce Anskyho také vykazují nejdelší kadenci, jaká kdy byla pozorována, a to přibližně 4,5 dne. To posouvá naše modely na hranici jejich možností a zpochybňuje naše dosavadní představy o tom, jak tyto rentgenové záblesky vznikají.“ Oblíbená představa o černé díře je, že je to kosmický vysavač, který sedí ve vesmíru a neustále vysává vše kolem sebe. To je však jen část bohaté a složité existence nejhustších známých objektů ve vesmíru.

Stejně jako všechno, co má hmotnost, i jejich gravitační dosah sahá jen do určité míry; supermasivní černé díry mohou procházet obdobími zuřivé aktivity a obdobími relativního klidu, během nichž jen tak sedí a neakumulují mnoho materiálu. Například supermasivní černá díra v centru Mléčné dráhy je relativně klidná. Astronomové se domnívají, že aktivita supermasivních černých děr, při níž pohlcují obrovské množství materiálu z okolního prostoru, je rozhodující pro vývoj černých děr a galaxií, které je obklopují.

Černé díry totiž musely nějakým způsobem dorůst do svých obrovských rozměrů a aktivní supermasivní černé díry v celém vesmíru naznačují, že součástí procesu růstu je i aktivní akrece. Kromě toho má většina galaxií ve svém středu supermasivní černou díru. Aktivita této černé díry hraje roli při tvorbě hvězd a chemickém vývoji galaxie. Víme, že supermasivní černé díry mohou být aktivní nebo klidné a že mohou přecházet mezi oběma stavy a v sérii kvazi-periodických erupcí se rozprsknout k životu. V roce 2019 se Ansky stala první supermasivní černou dírou, u níž byl pozorován přechod do aktivního stavu v reálném čase.

„Je to poprvé, co jsme pozorovali takovou událost u černé díry, která se zřejmě probouzí,“ říká astronomka Lorena Hernández-García z Astrofyzikálního ústavu tisíciletí (MAS) a Univerzity Valparaíso v Chile, která výzkum vedla. „První kvaziperiodická erupční epizoda byla objevena v roce 2019 a od té doby jsme jich zaznamenali jen několik dalších. Zatím nechápeme, co je způsobuje. Studium Ansky nám pomůže lépe porozumět černým dírám a jejich vývoji.“

Černá díra sama o sobě nevyzařuje žádné detekovatelné světlo. Aktivita v extrémním gravitačním prostředí kolem černé díry je jiná věc. Tření a gravitace, které působí v materiálu vířícím kolem supermasivní černé díry, vytvářejí extrémní teploty, které při krmení černé díry planou světlem. Vědci se domnívali, že kvazi-periodické erupce se spustí, když se objekt, jako je hvězda nebo malá černá díra, zatoulá příliš blízko supermasivní černé díry a zamotá se do materiálu, který kolem ní víří, což způsobí opakované erupce.

Světlo, které bylo detekováno u Anskyho, však není snadné vysvětlit. Je extrémně jasné v celé škále vlnových délek, od infračerveného až po rentgenové záření, a erupce trvají déle, než se pro vesmírného vetřelce předpokládá. To je nesmírně vzrušující… ale znamená to, že budeme potřebovat mnohem více dat. „Domnívali jsme se, že kvaziperiodické erupce jsou důsledkem toho, že malé nebeské objekty jsou zachyceny mnohem většími a spirálovitě se k nim přibližují. Zdá se, že erupce Ansky nám říkají něco jiného. Tyto opakující se erupce pravděpodobně souvisejí také s gravitačními vlnami, které by mohla zachytit budoucí mise ESA LISA,“ říká astronom Erwan Quintin z Evropské kosmické agentury.

„Je velmi důležité mít tato rentgenová pozorování, která doplní data o gravitačních vlnách a pomohou nám vyřešit záhadné chování masivních černých děr.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: nature.com, esa.int, esa.int (2)