Mimořádně výkonná černá díra

Astronomové využili možností kosmické observatoře Chandra X-ray Observatory a celé plejády pozemních dalekohledů k odhalení jedné z nejvýkonnějších supermasivních černých děr. Nově objevená černá díra vytvořila obrovské struktury v okolním horkém plynu a zabránila tak vzniku více než biliónu nových hvězd.

Černá díra se nachází v kupě galaxií s názvem RX J1532.9+3021 (zkráceně RX J1532). Od Země je vzdálena 3,9 miliardy světelných roků. Publikovaná fotografie vznikla složením snímků v oboru rentgenového záření (Chandra) odhalujících horký plyn v kupě galaxií – fialová barva a v oboru viditelného světla (HST) zobrazujících galaxie – žlutá barva. Galaktická kupa intenzivně září v oboru rentgenového záření, z čehož vyplývá, že je nesmírně hmotná – její hmotnost se odhaduje na tisíc biliónů hmotností Slunce. V jejím centru leží velká eliptická galaxie obsahující supermasivní černou díru.

Velké množství horkého plynu poblíž centra kupy galaxií však představuje záhadu. Horký plyn vyzařující rentgenové záření by měl postupně chladnout; a hustý plyn v centru kupy by měl chladnout nejrychleji. Předpokládá se, že tlak uvnitř studeného plynu v centru kupy galaxií poklesne, což způsobí, že další plyn z vnějších oblastí bude proudit směrem ke galaxiím, a to povede ke vzniku několika biliónů hvězd v této oblasti. Astronomové však zjistili, že zde neexistuje žádný důkaz pro překotnou tvorbu hvězd v centru této kupy galaxií.

Obdobný problém byl popsán v mnoha galaktických kupách, avšak RX J1532 je mimořádným případem, kde chladnoucí plyn může být obzvláště pozoruhodný vzhledem k jeho vysoké hustotě v blízkosti centra kupy. Z několika tisíc doposud známých galaktických kup pouze necelá desítka z nich je tak extrémní jako RX J1532. Asi nejpozoruhodnější je kupa galaxií v souhvězdí Fénix (Phoenix Cluster), kde byl naopak pozorován velký počet vznikajících hvězd.

Co brání v kupě galaxií RX J1532 vzniku dalších hvězd? Snímky, které byly pořízeny pomocí Chandra X-ray Observatory a radioteleskopu Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) poskytly odpověď na tuto otázku. Fotografie zachycující rentgenové záření ukazuje dvě velké „dutiny“ (cavity) v horkém plynu na obou stranách centrální galaxie. Snímek v oboru rentgenového záření byl speciálně zpracován za účelem zvýraznění těchto dutin. Obě bubliny souvisí s tzv. jety (výtrysky), které jsou viditelné v oboru rádiového záření na snímcích z VLA. Umístění supermasivní černé díry mezi oběma dutinami je jasným důkazem, že supersonické výtrysky generované černou dírou vytvořily v okolním horkém plynu dutiny pozorované v oboru rentgenového záření (schází zde horký plyn, a tudíž i rentgenové záření).

Rázové vlny – obdoba tzv. sonického třesku – způsobily rozpínání vytvořených dutin a uvolnily energii v podobě zvukových vln, které se šíří napříč horkým plynem a představují tak zdroj tepla, což zabraňuje postupnému chladnutí plynu a vzniku nových hvězd.

Pozorované dutiny v horkém plynu mají průměr 100 000 světelných roků, což je srovnatelné s průměrem naší Galaxie (Mléčné dráhy). Energie generovaná k jejich vytvoření dosahuje největší hodnoty známé v dosud pozorovaných kupách galaxií. Je například téměř 10krát mohutnější než energie potřebná k vytvoření obdobných dutin v kupě galaxií v souhvězdí Persea.

Ačkoliv energetický výkon výtrysků musí být generován hmotou padající na černou díru, nebylo detekováno žádné rentgenové záření vznikající právě tímto způsobem. Tato skutečnost se dá vysvětlit tak, že černá díra není supermasivní, nýbrž „ultramasivní“, přičemž její hmotnost více než deset miliardkrát převyšuje hmotnost Slunce. Taková černá díra je schopna produkovat mimořádně silné výtrysky i bez „konzumace“ velkého množství hmoty, a proto v takovém případě vzniká v důsledku zahřívání hmoty padající na černou díru jen velmi malé množství rentgenového záření.

Další možné vysvětlení spočívá v tom, že černá díra má hmotnost odpovídající „pouze“ jedné miliardě hmotnosti Slunce, avšak velmi rychle rotuje. Taková černá díra může vytvářet velmi energetické jety v porovnání s pomalu rotující černou dírou, i když spotřebovává stejné množství hmoty. V obou případech se jedná o mimořádně hmotné černé díry.

Supermasivní černá díra RX J1532.9+3021 se nachází v souhvězdí Corona Borealis. Šířka publikovaného obrázku je přibližně 1,6 miliónu světelných roků.

Zdroj: http://chandra.harvard.edu/photo/2014/rxj1532/

autor: František Martinek