Observatoř Chandra objevila černou díru s mimořádným růstem

Tato grafika popisuje objev vzdálené černé díry, která roste jedním z nejrychlejších temp, jaké kdy bylo pozorováno a jak je popsáno v naší nejnovější tiskové zprávě na základě pozorování observatoří Chandra. Hlavní panel je umělecká ilustrace kvazaru s názvem RACS J0320-35, který se nachází asi 12,8 miliardy světelných let od Země. To znamená, že kvazar vidíme, jak vypadal pouze asi 920 milionů let po Velkém třesku.

Kvazar je černá díra s velkým množstvím materiálu v gravitačním sevření, obsaženého v okolním disku. Tyto disky generují obrovské množství záření, díky čemuž jsou kvasary jako RACS J0320-35 viditelné na obrovské vzdálenosti. Ilustrace ukazuje tento zachycený materiál jako červené, oranžové a žluté víry kolem černé koule, která představuje černou díru. Také ukazuje proud energetických částic vycházejících z černé díry.

Poté, co v roce 2023 tým vědců objevil tento kvazar pomocí jiných dalekohledů, použil Chandru k prozkoumání, jak rychle RACS J0320-35 přitahuje hmotu na povrch černé díry a v důsledku toho roste. Data z Chandry jsou zobrazena na vloženém obrázku fialovou barvou.

Když je hmota přitahována k černé díře, zahřívá se a produkuje intenzivní záření v širokém spektru, včetně rentgenového a optického světla. Toto záření vytváří tlak na dopadající materiál. Když rychlost dopadající hmoty dosáhne kritické hodnoty, radiační tlak vyrovná gravitaci černé díry a hmota se nemůže dovnitř snášet rychleji. Toto maximum se označuje jako Eddingtonova rychlost.

Vědci se domnívají, že černé díry rostoucí pomaleji než Eddingtonovo tempo se musí zrodit s hmotnostmi asi 10 000 Sluncí nebo více, aby mohly dosáhnout miliardy hmotností Sluncí během miliardy let po Velkém třesku – jak bylo pozorováno u RACS J0320-35. Černá díra s tak vysokou hmotností při zrodu by mohla být přímým důsledkem exotického procesu: kolapsu obrovského oblaku hustého plynu obsahujícího neobvykle nízké množství prvků těžších než hélium, což jsou podmínky, které mohou být extrémně vzácné.

Pokud RACS J0320-35 skutečně roste vysokou rychlostí – odhadovanou na 2,4násobek Eddingtonovy hranice – a dělá to po delší dobu, mohla její černá díra vzniknout konvenčnějším způsobem, s hmotností menší než sto Sluncí, v důsledku imploze hmotné hvězdy.

Aby vědci zjistili, jak rychle tato černá díra roste (mezi 300 a 3 000 Sluncí za rok), porovnali počítačové modely s rentgenovým podpisem, neboli spektrem z observatoře Chandra, které udává množství rentgenového záření při různých energiích. Zjistili, že spektrum Chandry se úzce shoduje s tím, co očekávali od modelů černé díry rostoucí rychleji než Eddingtonova rychlost. Data z optického a infračerveného světla také podporují interpretaci, že tato černá díra nabírá na hmotnosti rychleji, než umožňuje Eddingtonův limit.

Další vědecká záhada, kterou tento výsledek řeší, se týká příčiny vzniku výtrysků částic, které se pohybují od některých černých děr rychlostí blízkou rychlosti světla, což tým detekoval i v rámci RACS J0320-35. Výtrysky, jako je tento, jsou u kvazarů vzácné, což může znamenat, že rychlé tempo růstu černé díry nějakým způsobem přispívá k jejich vzniku.

Článek popisující tyto výsledky byl přijat k publikaci v časopise The Astrophysical Journal Letters. Prvním autorem studie je Luca Ighina z Centra pro astrofyziku Harvard & Smithsonian (CfA) v Cambridge, Massachusetts. Úplný seznam autorů naleznete v článku.

Zdroj: https://chandra.harvard.edu/photo/2025/red6/

autor: František Martinek