Supermasivní černá díra Mléčné dráhy rotuje velmi rychle

Sagittarius A*, supermasivní černá díra o hmotnosti 4,3 milionu slunečních hmotností, která sídlí ve středu naší Galaxie – Mléčné dráhy, se otáčí tak rychle, že podle analýzy deformuje prostoročas, který ji obklopuje. Vyplývá to z dat shromážděných kosmickou observatoří Chandra X-ray Observatory a radioteleskopem Karl G. Jansky Very Large Array. Černé díry mají dvě základní vlastnosti: svoji hmotnost a rotaci. Určení jedné z těchto dvou hodnot řekne astrofyzikům mnoho o každé černé díře a o tom, jak se chová.

Ruth Dalyová z Penn State University a její kolegové použili novou metodu, která využívá rentgenová a rádiová data k určení, jak rychle se Sagittarius A* otáčí na základě toho, jak materiál proudí směrem k černé díře a směrem od ní. Zjistili, že Sagittarius A* se otáčí rychlostí, která je asi 60 % maximální možné hodnoty, což je limit stanovený materiálem, který není schopen cestovat rychleji, než je rychlost světla.

V minulosti provedli různí astronomové několik dalších odhadů rychlosti rotace Sagittarius A* pomocí různých technik, přičemž výsledky se pohybovaly od toho, že se Sagittarius A* vůbec neotáčí, až po to, že se otáčí téměř maximální rychlostí.

„Naše práce může pomoci vyřešit otázku, jak rychle se otáčí supermasivní černá díra naší Galaxie,“ řekla Ruth Dalyová. „Naše výsledky ukazují, že Sagittarius A* se otáčí velmi rychle, což je zajímavé a má dalekosáhlé důsledky.“ Rotující černá díra ovlivňuje při rotaci časoprostor a okolní hmotu. Prostoročas kolem rotující černé díry je také stlačen.

Při pohledu shora na černou díru, podél jakéhokoliv výtrysku, který produkuje, má časoprostor kruhový tvar. Při pohledu ze strany na rotující černou díru má však časoprostor tvar zmáčknutého fotbalového míče. Čím rychlejší rotace, tím plošší míč.

Rotace černé díry může fungovat jako důležitý zdroj energie. Rotující supermasivní černé díry mohou produkovat kolimované výrony, tj. úzké svazky materiálu, jako jsou výtrysky (tzv. jety), když je extrahována jejich rotační energie, což vyžaduje, aby v blízkosti černé díry byla alespoň nějaká hmota. Kvůli omezenému množství paliva v okolí Sagittarius A* byla tato černá díra v posledních tisíciletích relativně tichá se slabými výtrysky. Nová studie však ukazuje, že by se to mohlo změnit, pokud se množství materiálu v okolí černé díry zvýší.

„Jety poháněné a kolimované rotující centrální černou dírou v galaxii mohou hluboce ovlivnit zásobování plynem pro celou galaxii, což ovlivňuje, jak rychle, a dokonce i to, zda se hvězdy mohou vůbec tvořit,“ řekla Megan Donahueová, astronomka z Michigan State University. „Fermiho bubliny pozorované v rentgenovém a gama záření kolem černé díry naší Mléčné dráhy ukazují, že černá díra byla v minulosti pravděpodobně aktivní. Měření rotace naší černé díry je důležitým testem tohoto scénáře.“

K určení rotace černé díry Sagittarius A* astronomové použili empiricky založenou teoretickou metodu označovanou jako metoda odtoku, která podrobně popisuje vztah mezi rotací černé díry a její hmotností, vlastnostmi hmoty v blízkosti černé díry a odtokové vlastnosti. Kolimovaný výtok produkuje rádiové vlny, zatímco disk plynu obklopující černou díru je zodpovědný za emisi rentgenového záření.

Pomocí této metody výzkumníci zkombinovali data z družice Chandra X-ray Observatory a radioteleskopu Karl G. Jansky Very Large Array s nezávislým odhadem hmotnosti černé díry z jiných dalekohledů, aby vymezili rotaci černé díry.

„Máme zvláštní pohled na Sagittarius A*, protože je to k nám nejbližší supermasivní černá díra,“ řekl Anan Lu, astronom z McGill University. „Ačkoliv je právě teď ticho, naše práce ukazuje, že v budoucnu dá okolní hmota neuvěřitelně silný impuls. To se může stát za tisíc nebo milion let, nebo se to může stát během našich životů.“

Studie byla publikována v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Zdroj: https://www.sci.news/astronomy/milky-ways-supermassive-black-hole-spinning-12678.html a https://isp.today/the-rapid-rotation-of-sagittarius-a-and-its-implications-for-the-galaxy/

autor: František Martinek