Černá díra střední velikosti konečně objevena

Astronomové dobře vědí o tom, že existují dva typy černých děr: malé hvězdné černé díry – což jsou objekty s hmotnostmi v rozmezí zhruba 10 až 100 hmotností Slunce. Jedná se o pozůstatky umírajících hvězd, jejichž hmota se smrštila do malého objemu. Druhou kategorii představují supermasivní černé díry. Jejich hmotnosti leží v rozmezí 100 000 až několik miliard hmotností Slunce a najdeme je v centrech většiny galaxií. Avšak podle názoru astronomů je napříč vesmírem rozptýleno několik domnělých černých děr mnohem tajuplnějšího typu.

S hmotnostmi v rozpětí asi 100 až 100 000 slunečních hmotností jsou tyto černé díry střední velikosti (intermediate-mass black holes – IMBHs) tak obtížně pozorovatelné, že dokonce jejich existence byla občas zpochybňována. Nové výzkumy poskytly dosud nejlepší důkazy, že tyto černé díry středních hmotností (IMBHs) existují, a to na základě náhodného zachycení jedné z nich přímo „při činu“, kdy roztrhala blízkou hvězdu.

„Jsme velice šťastní, že se nám podařilo vypátrat tento objekt velkého významu ve velmi kvalitních datech, která pomohla detailně určit hmotnost černé díry a porozumět podstatě tohoto působivého jevu,“ říká Dacheng Lin, hlavní autor článku ze Space Science Center, University of New Hampshire. „Dřívější výzkumy včetně naší vlastní práce přinesly podobné výsledky, avšak jevy byly zachyceny buď příliš opožděně nebo byly od nás příliš daleko.“

V této nové studii Dacheng Lin se svými spolupracovníky využil kosmický rentgenový dalekohled Evropské kosmické agentury ESA s názvem XMM-Newton a observatoře NASA Chandra X-ray Observatory a Swift k vůbec první detekci důležitého signálu této aktivity.

Astronomové zachytili obrovské množství záření v širokém rozsahu vlnových délek uvolněného při vzplanutí ve hmotné kulové hvězdokupě v okolí čočkové galaxie 6dFGS gJ215022.2-055059 (zkráceně J2150-0550), která se nachází ve vzdálenosti okolo 700 miliónů světelných roků od Země. Jasnost vzplanutí postupně slábla přesně tak, jak se očekává při roztrhání nebo při pohlcení hvězdy černou dírou.

Publikovaný snímek vpravo byl pořízen pomocí Hubbleova kosmického teleskopu HST (žluto-bílá barva) a pomocí rentgenové observatoře NASA s názvem Chandra X-ray Observatory (fialové zbarvení). Fialovo-bílý zdroj vlevo dole představuje rentgenovou emisi pozůstatku hvězdy, která byla roztrhána černou dírou střední velikosti. Uprostřed snímku se nachází mateřská galaxie černé díry.

„Charakteristické dlouhotrvající vzplanutí poskytlo důkaz existence roztrhané hvězdy, což je známo jako případ slapového roztrhání (tidal disruption event – TDE),“ říkají vědci. „Slapové síly v důsledku mohutné gravitace černé díry mohou roztrhat hvězdu, která se přiblíží příliš blízko.“

V průběhu TDE je určitá část hvězdných trosek (roztrhané hvězdy) vyvržena vysokou rychlostí do vnějších oblastí, zatímco zbývající část padá směrem na černou díru. Jak se hmota pohybuje směrem do centra a je postupně pohlcována černou dírou, tak se tento materiál zahřívá na teplotu několika miliónů stupňů a generuje zřetelná vzplanutí rentgenového záření.

Tento typ vzplanutí může snadno dosáhnout maximální svítivosti. Jedná se o jeden z nejefektivnějších způsobů k detekování černých děr středních hmotností (IMBHs). V případě galaxie J2150-0550 došlo k roztrhání hvězdy v roce 2003 a uvolněné záření dohasínalo v průběhu následujícího desetiletí. Rozložení emitovaných fotonů v širokém rozmezí spektra závisí především na velikosti černé díry. Tato data poskytla vědcům jeden z velmi mála přesných způsobů k určení hmotnosti přítomné černé díry.

Astronomové odhadují, že černá díra uvnitř hmotné kulové hvězdokupy v galaxii J2150-0550 má hmotnost přibližně 50 000 až 100 000 slunečních hmotností.

„Na základě teorie vzniku galaxií očekáváme mnoho potulných černých děr středních hmotností nacházejících se v kulových hvězdokupách,“ vysvětluje Dacheng Lin. „Avšak doposud jich známe velice málo, protože jsou obvykle neuvěřitelně klidné, obtížně detekovatelné a energetická vzplanutí při setkání s hvězdou způsobující její roztrhání nastávají jen výjimečně.“

Protože jen velmi malý výskyt takovýchto případů pohlcení hvězd černou dírou vede ke spuštění vzplanutí energetického záření u černých děr střední hmotnosti, astronomové se domnívají, že může existovat značné množství těchto objektů známých pod zkratkou IMBHs, které se ukrývají v nečinném stavu na periferii galaxií v celém vesmíru.

Zdroj: http://www.sci-news.com/astronomy/best-evidence-intermediate-mass-black-hole-06117.html a
http://chandra.harvard.edu/photo/2018/j2150/

autor: František Martinek