Díky JWST pozorována první uprchlá supermasivní černá díra

Tato umělecká ilustrace zobrazuje uprchlou SMBH (supermassive black hole), která byla vyvržena ze své hostitelské galaxie. Při cestě vesmírem generuje před sebou rázovou vlnu, zatímco za sebou zanechává dlouhý proud hvězd a plynu.

Co by mohlo vypudit supermasivní černou díru (SMBH) z její hostitelské galaxie? Mohou mít stovky milionů, dokonce miliardy hmotností Slunce? Co je dostatečně silné, aby vypudilo jednoho z těchto gigantů? Odpověď spočívá ve slučování galaxií.

Astronomové objevili to, co považují za první potvrzený případ uprchlé SMBH. Nachází se v galaxii Cosmic Owl (Kosmická sova), což je ve skutečnosti dvojice prstencových galaxií vzdálených asi 8,8 miliardy světelných let. Prstence se blíží ke sloučení a vypadají jako soví oči. Astronomové pozorující Cosmic Owl objevili v galaxii dlouhý lineární útvar a říkali si, zda by to mohl být ohon první potvrzené uprchlé SMBH.

Nyní to potvrzuje nový výzkum.
Nový výzkum s názvem „JWST Confirmation of a Runaway Supermassive Black Hole via its Supersonic Bow Shock“ (Potvrzení JWST o uprchlé supermasivní černé díře prostřednictvím její nadzvukové rázové vlny) byl zaslán do časopisu The Astrophysical Journal Letters. Vedoucím autorem je Pieter van Dokkum z astronomického oddělení Yale University. Van Dokkum je hlavním autorem několika článků zkoumajících Kosmickou sovu jako definitivní důkaz o uprchlé SMBH. Výzkum je k dispozici online na arxiv.org.

„Občasný únik supermasivních černých děr (SMBH) z jejich hostitelských galaxií je dlouhodobou predikcí teoretických studií,“ píší van Dokkum a jeho spoluautoři. „Představujeme pozorování kandidáta na uprchlou supermasivní černou díru na špičce lineárního útvaru o délce 62 kpc, která byla získána pomocí JWST/NIRSpec.“

Existují dva způsoby, které mohou poskytnout SMBH potřebnou rychlost, která jí umožní opustit svou galaxii. Jeden pochází z interakce tří těles a druhý je odraz gravitační vlny způsobený fúzí dvou černých děr. „Obě možnosti se přirozeně vyskytují v důsledku fúzí galaxií, kdy černé díry předchůdců galaxií končí ve středu výsledné galaxie,“ píší autoři.

Jde o dva odlišné rysy. Jedním je ohon, který je dlouhý 200 000 světelných let, a druhým je rázová vlna. Tlak v ohonu je nižší než v rázové vlně, takže se v něm hromadí plyn a mohou se tak tvořit nové hvězdy.

Teleskop JWST pozoroval kandidáta na uprchlou černou díru Runaway Black Hole 1 (RBH1) pomocí svého integrovaného spektrografu NIRSpec. Tento přístroj pozoruje malé oblasti oblohy o velikosti 3 krát 3 obloukové vteřiny a současně zachycuje světlo a pořizuje spektra. Umožňuje astronomům nejen vidět objekty, ale také analyzovat světlo a zároveň určit složení, teplotu a pohyb.

„Zjistili jsme, že pozorovaná kinematika na špičce RBH-1 je kvalitativně v souladu s očekáváními silné nadzvukové rázové vlny,“ vysvětlují autoři. Rázová vlna je klíčovým důkazem podporujícím existenci RBH. „Důkazy o nadzvukové rázové vlně v čele RBH-1 jsou velmi silné, hraničící s ohromující jistotou.“

Identifikací ohonu a rázové vlny v oblasti čela úkazu vědci potvrdili, že to, co pozorují, je první potvrzená uprchlá černá díra. V předchozím článku tyto útvary vědci identifikovali, ale chyběly jim podrobné důkazy, které by potvrdily, že to, co pozorují, je RBH. Za toto potvrzení jsou z velké části zodpovědná nová pozorování JWST a HST, přičemž JWST hraje hlavní roli.

„Ústředním návrhem prvního článku bylo, že lineární útvar je brázda za uprchlou supermasivní černou dírou, a to je silně podpořeno naší analýzou,“ píší autoři. „S využitím nově získaných dat z HST/UVIS a JWST/NIRSpec potvrzujeme, že pozoruhodný lineární útvar popsaný v prvním článku je brázda za uprchlou SMBH.“

„Potvrzujeme také přítomnost prostorově rozlišené rázové vlny v čele brázdy, což jsme předpověděli na základě modelů rázových vln a svítivosti uzlu [O III] v datech Keck/LRIS,“ píší autoři ve svém závěru.

Je to 50 let, co vědci předpovídali, že se SMBH mohou stát nepředvídatelnými kvůli zpětnému rázu gravitačních vln nebo interakci tří těles. Nalezení první z nich je triumfem odhodlání a intelektuálních dovedností, ale kde je jedna, tam pravděpodobně budou i další. Jejich nalezení bude úkolem budoucích dalekohledů.

„Zřejmými datovými soubory pro systematické hledání těchto útvarů jsou širokoúhlé průzkumy s pomocí kosmických observatoří Euclid a Nancy Roman Space Telescope,“ uzavírají autoři.

Vesmír se někdy může jevit jako strašně zvláštní a hrozivé místo a tento objev žádné obavy neuklidní. I když nám v žádném případě nehrozí nebezpečí, je děsivé zjištění, že supermasivní černé díry s desítkami milionů hmotností Slunce se mohou řítit vesmírem, stlačovat vše před sebou a zanechávat za sebou proud plynu a nových hvězd.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/thank-the-jwst-for-confirming-the-first-runaway-supermassive-black-hole

autor: František Martinek