Milióny černých děr se mohou prohánět napříč Mléčnou dráhou

Jak vznikají černé díry? Astrofyzikové mají několik teorií, avšak ve skutečnosti to nevědí jistě. Jednou z možností je, že hmotná hvězda tiše zkolabuje nebo se zrodí při kolosální explozi známé jako supernova. Nová pozorování nyní napovídají, že by to skutečně mohl být ten druhý případ. Vlastně astronomové předpokládají, že tyto exploze jsou tak mohutné, že mohou vést k vyvržení vzniklé černé díry napříč Galaxií rychlostí větší než 70 kilometrů za sekundu.

„Tato práce v zásadě hovoří o prvních pozorovatelských důkazech, že můžeme opravdu spatřit černé díry pohybující se v Galaxii vysokou rychlostí, které jsou spojeny doslova s vykopnutím těchto těles z původního systému při svém zrodu,“ říká astronomka Pikky Atri z Curtin University a International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR).

A to znamená, že zde jsou potenciálně milióny černých děr hvězdných hmotností prolétajících vysokou rychlostí naší Galaxií. Článek byl přijat k publikování v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Studie byla založena na výzkumu 16 černých děr v binárních systémech. Jestliže se černé díry aktivně krmí okolním materiálem, nemůžeme je vlastně objevit, protože žádné detekovatelné elektromagnetické záření nemůže uniknout z její enormní gravitace. Avšak pokud se nacházejí v binární soustavě a pohlcují materiál z doprovázející hvězdy, tato hmota víří v okolí černé díry, zahřívá se na vysokou teplotu a to vede k produkci silného rentgenového a rádiového záření. Jakmile spatříme tyto černé díry jako světelné majáky, zjistíme, jak se černé díry chovají. Mezinárodní tým astronomů využil toto chování a rekonstruoval tak historii černých děr.

„Sledovali jsme, jak se tyto soustavy pohybovaly v naší Galaxii – tak jsme určili jejich současnou rychlost, jejich pohyb zpět v čase a snažili jsme se pochopit, jaká byla jejich rychlost v okamžiku, kdy se zrodily, a to jednotlivě pro každou z těchto 16 soustav,“ vysvětluje Pikky Atri. „Na základě rychlostí můžeme dokonce zjistit, jestli se černé díry zrodily při explozi supernovy nebo jestli se hvězdy přímo zhroutily bez exploze v podobě supernovy.“

Víme, že neutronové hvězdy mohou být násilně vymrštěny vysokou rychlostí k cestě napříč vesmírem při jejich vzniku v důsledku exploze supernovy – jedná se o tzv. vymrštění při zrodu. Dochází k němu tehdy, když exploze supernovy není souměrná a kdy je výsledkem vyhození neutronové hvězdy z místa jejího původního „bydliště“.

Doposud nebylo známo, jestli černé díry mohou být vymrštěny stejným způsobem. Hypoteticky by mohly být – a opravdu – sedm černých děr z rentgenových binárních soustav bylo dříve svázáno s vyvržením v době svého zrodu.

Nové výsledky analýzy sedmi černých děr, stejně tak i devíti dalších, ve větším detailu kombinují změřené vlastní pohyby systémovou analýzou radiálních rychlostí a vzdálenosti jednotlivých soustav pro ještě detailnější analýzu. Pohyb jedné z těchto černých děr, tak jak jej vypočítal tým astronomů, můžete vidět v připojeném videu v původním článku.

Astronomové zjistili, že 12 z těchto 16 černých děr v rentgenových binárních soustavách mělo vskutku vysoké rychlosti a takové dráhy, z nichž vyplývá, že byly vymrštěny při svém zrodu. To je 75 % zkoumaného vzorku. Pokud toto měřítko přeneseme na odhadovaných 10 miliónů černých děr v naší Galaxii, může to znamenat, že asi 7,5 miliónu černých děr se vysokými rychlostmi prohání kolem nás. A 10 miliónů černých děr v Mléčné dráze je pouze spodní odhad.

Ve shodě s dřívějšími teoriemi jsou tyto urychlené černé díry zhruba 3× až 4× pomalejší než vymrštěné neutronové hvězdy, a to v důsledku jejich vyšší hmotnosti. Samozřejmě se jedná o relativně malý vzorek velikostí černých děr. Avšak podle Pikky Atri je to krok směrem k získání většího vzorku, který nám může pomoci pochopit, jak se hvězdy vyvíjejí a umírají a jak dávají vzniknout černým dírám.

„Nakonec to všechno ukáže, jak mnoho černých děr můžeme očekávat v naší Galaxii, jaké množství černých děr se dokonce srazí, přičemž pomocí aparatury LIGO můžeme detekovat vzniklé gravitační vlny,“ dodává Pikky Atri.

Za účelem pokračování výzkumu bude vědecký tým provádět další pozorování oblohy. Tyto binární soustavy však nejsou neustále jasné – krátce zazáří a pohasnou – jedná se tedy o přechodný jev. A tak astronomové doufají, že objeví mnohem více těchto binárních soustav, aby mohli pokračovat ve sčítání černých děr v naší Galaxii a ve zjišťování, zda se pohybují příliš rychle či nikoliv.

A v případě, že se nyní obáváte černých děr křižujících právě naši Sluneční soustavu, opravdu nemusíte propadat panice. „Nejbližší černá díra, jak se domníváme, je od nás vzdálena 2 kiloparseky, tj. 6,523 světelného roku,“ informuje Pikky Atri. „To je velmi, velmi daleko. Není zde šance, že by nás v dohledné době ohrozila jakákoliv černá díra.“

Zdroj: https://www.sciencealert.com/there-could-be-a-whole-bunch-of-high-speed-black-holes-zooming-around-the-galaxy

autor: František Martinek