Poprvé pozorovány dvě černé díry, které se vzájemně obíhají

Astronomové se s dalekohledem Event Horizon Telescope (EHT) v roce 2019 zapsali do historie pořízením prvního snímku černé díry. Dotyčným objektem byla supermasivní černá díra (supermassive black hole – SMBH) ve středu galaxie M87, obří eliptické galaxie vzdálené asi 53,5 milionu světelných let v souhvězdí Panny. V roce 2022 následoval vůbec první snímek černé díry Sagittarius A*, SMBH v srdci Mléčné dráhy. Nyní astronomové poprvé pozorovali dvojici černých děr obíhajících navzájem kolem sebe v kvasaru OJ287, aktivním galaktickém jádru (AGN) ležícím 4 miliardy světelných let daleko v souhvězdí Raka.

AGN neboli kvasary (zkratka pro „kvazi-hvězdné objekty“) jsou oblasti v centru galaxií, které mají ve svém středu SMBH. Tyto SMBH způsobují, že okolní materiál proudí kolem nich a vytváří akreční disky, které jsou urychleny na rychlost blízkou rychlosti světla. Tento proces uvolňuje obrovské množství záření v celém spektru (optické, rádiové, rentgenové, gama záření atd.), což dočasně způsobí, že centrální oblast zastíní všechny hvězdy v disku dohromady. V mnoha případech SMBH způsobí, že materiál vytvoří výtrysky (tzv. jety), které se rozprostírají od jejich pólů a dosahují tisíců až milionů světelných let.

OJ287 byl poprvé pozorován v 19. století, když si ho astronomové náhodou všimli na snímcích jiných nebeských objektů ve stejné části noční oblohy. V roce 1982 finský astronom Aimo Sillanpää (tehdy magisterský student na Univerzitě v Turku) na základě pravidelných změn jasnosti po dobu 12 let vyslovil teorii, že v centru tohoto kvasaru se nacházejí dvě černé díry obíhající kolem něj. Od té doby astronomové z celého světa sledují OJ287, aby tuto teorii ověřili v naději, že se dozvědí více o orbitálním pohybu binárních černých děr.

Jak vysvětlil Mauri J. Valtonen v tiskové zprávě Univerzity v Turku: „Kvasar OJ287 je tak jasný, že ho mohou detekovat i amatérští astronomové. Zvláštností OJ287 je, že se předpokládá, že v něm se nachází ne jedna, ale dvě černé díry obíhající kolem sebe s dvanáctiletou oběžnou periodou, což vytváří snadno rozpoznatelný vzorec variací světla ve stejném období."

Na základě svých pozorování astronomové odhadují, že systém se skládá z primární černé díry o hmotnosti 18 miliard Sluncí, kolem které obíhá sekundární černá díra o hmotnosti 150 milionů Sluncí. Stejně jako u všech SMBH je primární díra obklopena jasným akrečním diskem, do kterého sekundární díra během své 12leté oběžné doby dvakrát pronikne. Několik týdnů předtím, než sekundární díra narazí na disk a projde jím, vyzáří jasné záblesky světla. V roce 2021 vedl doktorand Lankeswar Dey (tehdy pracující na částečný úvazek na University of Turku) tým, který poprvé detekoval světlo z těchto dvou černých děr.

Satelit NASA s názvem TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), který pořídil snímky binárního páru v optickém světle, bohužel neměl dostatečné rozlišení pro jejich vizualizaci jednotlivě. Rozlišení černých děr jednotlivě vyžadovalo snímky s vysokým rozlišením, které poskytl mezinárodní projekt Very Long Baseline Interferometer (VLBI) vedený Astrokosmickým centrem Lebeděvova fyzikálního institutu v Moskvě, jehož součástí je i satelit RadioAstron. Jak vysvětlil Valtonen: „Snímek dvou černých děr byl pořízen pomocí systému radioteleskopů, jehož součástí byl i RadioAstron. Ten byl v provozu před deseti lety, kdy byla OJ287 snímána. Rádiová anténa družice se nacházela v polovině vzdálenosti k Měsíci, což výrazně zlepšilo rozlišení snímku. V posledních letech jsme mohli používat pouze pozemské dalekohledy, kde rozlišení snímku není tak dobré."

Když tým porovnal dřívější teoretické výpočty s rádiovými snímky, které získal, zjistil, že obě černé díry se nacházejí přesně tam, kde se předpokládalo. To efektivně vyřešilo 40 let starou záhadu, která začala objevem Sillanpääho a jeho kolegů. „Poprvé se nám podařilo získat snímek dvou černých děr obíhajících navzájem kolem sebe. Na snímku jsou černé díry identifikovány podle intenzivních výtrysků částic, které emitují,“ řekl Valtonen. „Samotné černé díry lze detekovat pomocí těchto výtrysků částic nebo podle zářícího plynu obklopujícího černou díru.“

Tým navíc identifikoval nový druh výtrysků vycházejících ze sekundární černé díry, které mají zřejmě zkroucený, hadovitý profil. To je způsobeno tím, jak sekundární černá díra rychle obíhá kolem primárního objektu OJ287, což způsobuje, že se její výtrysky odklání v závislosti na jejím pohybu. Podle týmu budoucí pozorování ukážou, jak se tato výtrysky kroutí různými směry, když se rychlost a směr sekundární černé díry změní ve vztahu k její oběžné dráze.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/two-black-holes-observed-circling-each-other-for-the-first-time a https://www.utu.fi/en/news/press-release/scientists-capture-an-image-of-two-black-holes-circling-each-other-for-the-first

autor: František Martinek