Černá díra střední velikosti se ukrývá v centru kulové hvězdokupy

Všechny známé černé díry můžeme zařadit do dvou kategorií: hvězdné černé díry – objekty o hmotnosti několika Sluncí, a supermasivní černé díry – objekty o hmotnostech několik miliónů až miliard hmotností Slunce v centrech galaxií. Astronomové předpokládají, že černé díry střední velikosti o hmotnosti mezi 100 až 10 000 hmotností Slunce rovněž existují, avšak doposud žádný přesvědčivý důkaz existence takovéto černé díry střední velikosti nebyl získán. Až teprve nedávno astronomové publikovaly nové důkazy, že černá díra střední velikosti – tzv. intermediate-mass black hole (IMBH) o hmotnosti 2 200 Sluncí se ukrývá v centru známé kulové hvězdokupy 47 Tucanae.

„Chtěli jsme objevit černou díru střední hmotnosti, protože představují chybějící pojítko mezi hvězdnými a supermasivními černými dírami. Mohou být primordiálními zárodky, které vyrostly do podoby monster, jaké vidíme v centrech současných galaxií,“ říká vedoucí autor publikace Bulent Kiziltan z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).

Práce byla publikována 9. 2. 2017 v uznávaném vědeckém časopise Nature.

47 Tucanae je dvanáct miliard roků stará kulová hvězdokupa vzdálená od Země 13 000 světelných roků, jejíž poloha se promítá do souhvězdí Tukana na jižní obloze. Obsahuje stovky tisíc hvězd v prostoru koule o průměru přibližně 120 světelných let. Rovněž obsahuje dvě desítky pulzarů, které byly důležitou součástí tohoto výzkumu.

Kulová hvězdokupa 47 Tucanae byla již dříve zkoumána na přítomnost centrální černé díry, avšak bez úspěchu. Ve většině případů jsou černé díry objevovány na základě pozorování rentgenového záření přicházejícího z horkého disku materiálu v jejím okolí. Avšak tuto metodu lze využít pouze v případě, kdy černá díra aktivně pohlcuje okolní plyn. Střed kulové hvězdokupy 47 Tucanae je však na plyn chudý, možná se zde ukrývá hladovějící černá díra.

Supermasivní černá díra v centru Mléčné dráhy rovněž prozradila svoji přítomnost ovlivňováním drah blízkých hvězd. Roky pozorování v oboru infračerveného záření ukázaly hned několik hvězd v centru naší Galaxie obíhajících kolem neviditelného objektu v důsledku silné přitažlivosti (gravitace). Avšak přeplněný střed hvězdokupy 47 Tucanae činí nemožným pozorovat oběh jednotlivých hvězd.

Nové výzkumy spoléhají na dva odlišné typy důkazů. Tím prvním je celkový pohyb hvězd ve všech částech hvězdokupy. Prostředí v kulové hvězdokupě je tak husté, že hmotné hvězdy mají sklon soustředit se v centru hvězdokupy. Černá díra střední velikosti uprostřed hvězdokupy však působí jako kosmická „lžíce“ promíchávající obsah hrnce, což způsobí, že tyto hvězdy jsou katapultovány na vyšší rychlosti a větší vzdálenosti. To poskytuje určitý nepatrný signál, který astronomové mohou změřit.

Na základě použití počítačových simulací hvězdných pohybů a vzdáleností a jejich porovnáním s pozorováními ve viditelném světle astronomové získali důkazy pro právě takovýto typ gravitačního působení.

Druhá oblast důkazů přišla od pulzarů, kompaktních pozůstatků umírajících hvězd, jejichž rádiové signály jsou snadněji detekovatelné. Tyto objekty byly rovněž vyvrženy gravitačním vlivem černé díry střední velikosti, což způsobilo, že byly objeveny ve větších vzdálenostech od centra hvězdokupy než bychom očekávali, pokud by zde žádná černá díra nebyla.

Z kombinace těchto důkazů vyplývá přítomnost středně velké černé díry o hmotnosti zhruba 2 200 hmotností Slunce v centru kulové hvězdokupy 47 Tucanae.

Protože černé díry této kategorie unikaly detekci tak dlouho, podobné černé díry střední velikosti (IMBH) se mohou ukrývat i v ostatních kulových hvězdokupách. Jejich vypátrání bude vyžadovat podobná data o polohách a oběhu hvězd, a také pulzarů uvnitř hvězdokup.

Zdroj: https://www.cfa.harvard.edu/news/2017-06

autor: František Martinek