Supermasivní černá díra pod lupou

ESO 047/08 tisková zpráva

Spojením možností ESO/VLT a „dvojité přírodní lupy“ astronomové prozkoumali vnitřní partie disku kolem supermasivní černé díry vzdálené 10 miliard světelných let. Díky této technice bylo možné spatřit tisíckrát jemnější detaily, než umožňují nejlepší současné teleskopy světa. Získaná data představují první přímé pozorování potvrzující dosavadní teoretické modely těchto disků.

Tým evropských a amerických astronomů studoval známé kosmické zrcadlení – takzvaný Einsteinův kříž, což je konfigurace čtyř navzájem protilehlých obrazů jediného velmi vzdáleného zdroje. Tyto obrazy jsou vytvářeny v důsledku jevu známého jako gravitační čočka, který je způsoben přítomností mezilehlé galaxie. Jev předpověděl již Albert Einstein; je totiž důsledkem jeho obecné teorie relativity. Zrcadlený objekt je v tomto případě pravděpodobně kvasar ve vzdálenosti deseti miliard světelných let, zatímco čočkující galaxie je k nám desetkrát blíže. Gravitační pole galaxie zakřivuje trajektorii světla a my můžeme pozorovat zvětšený obraz kvasaru.  

Efekt zvětšení obrazu, známý jako "macrolensing", kde galaxie zastupuje úlohu přirozeného kosmického dalekohledu či lupy, je v astronomii velmi užitečný. Umožňuje totiž pozorovat vzdálené objekty, které by jinak byly příliš slabé pro přímé studium současnou technikou. „Kombinace tohoto přírodního zvětšení s použitím velkých dalekohledů nám poskytuje nejostřejší a nejdetailnější pohled, jaký kdy byl k dispozici,“  vysvětluje Frédéric Courbin, vedoucí programu studia Einsteinova kříže pomocí ESO/VLT.
 
Dalším vylepšením macrolensingu je sekundární zvětšení, způsobené tentokrát jednotlivými hvězdami galaxie. Jde o stejný fyzikálním princip, ovšem v mnohem menším měřítku, a proto je tento jev nazýván „microlensing“ (v češtině je používán ekvivalent mikročočkování). V důsledku pohybu hvězd v čočkující galaxii se mění sekundární zvětšení obrazů způsobené mikrolensingem. To vede k rychlým změnám jasnosti všech čtyř obrazů vzdáleného kvasaru. Velikost oblasti, kterou díky microlensingu pozorujeme, je v tomto případě několik světelných dní, tedy rozměr srovnatelný s velikostí akrečního disku kvasaru.
 
Mikrolensing však neovlivňuje záření disku na všech vlnových délkách stejně. Více zvětšeny jsou menší oblasti, což je důsledek jiného charakteru vyzařování (jiné barvy) pro různě rozsáhlé oblasti s odlišnou teplotou. Tak vznikají další tentokrát barevné změny v obrazech kvasaru. Při dlouhodobém sledování (několik let) těchto jemných variací je možné změřit, jaké je rozložení hmoty a energie v okolí supermasivní černé díry skryté v samotném centru kvasaru. Astronomové tuto oblast pozorovali po dobu tří let, každý měsíc třikrát, za pomocí dalekohledu ESO/VLT. Přitom sledovali rychlé změny jasnosti i barvy (takzvaný flickering) ve všech čtyřech větvích Einsteinova kříže.

„Díky tomuto unikátnímu vzorku dat jsme mohli ukázat, že záření s nejvyšší energií přichází z centrální oblasti (do jednoho světelného dne od centra). Co je ale důležitější, množství energie s rostoucí vzdáleností od středu klesá téměř přesně v souladu s teoretickou předpovědí,“ říká Alexander Eigenbrod, který provedl kompletní analýzu dat.

Použití makro- i mikro-lensingu ve spojení s obřím okem dalekohledu VLT umožnilo astronomům zkoumat oblast, jejíž velikost na obloze se pohybuje v řádu miliontin obloukové vteřiny. To zhruba odpovídá pozorování, při kterém pouhým okem sledujete desetikorunu na vzdálenost 5 milionů km (tedy asi 13násobku vzdálenosti Země – Měsíc). „Jde o 1000krát lepší rozlišení, než může být dosaženo za použití klasických technik a nejlepších existujících dalekohledů,“ dodává Courbin.

Měření rozložení teplot v okolí černé díry je unikátní. Existují různé teorie, které popisují formování kvazarů a způsoby, jak získávají energii. Každá z nich předpovídá jiný profil. Až dosud však chybělo přímé a nezávislé pozorování, které by umožnilo potvrdit nebo vyvrátit tyto teoretické modely; obzvláště to platí v případě centrálních oblastí kvasarů. „Jedná se o první přesné, přímé a na modelu nezávislé měření velikosti akrečního disku kvasaru,“ uzavírá člen týmu Georges Meylan.
 

Zdroj

Doplňující informace

Snímky a multimedia ve vysokém rozlišení

 
Více Informací:

Eigenbrod, A., Courbin, F., Sluse, D., Meylan, G. & Agol, E. 2008, Microlensing variability in the gravitationally lensed quasar QSO 2237+0305 ≡ the Einstein Cross. I. Spectrophotometric monitoring with the VLT, Astronomy & Astrophysics, 480, 647

Eigenbrod, A., Courbin, F., Meylan, G., Agol, E., Anguita, T., Schmidt, R. W. & Wambsganss, J. 2008, Microlensing variability in the gravitationally lensed quasar QSO 2237+0305 ≡ the Einstein Cross. II. Energy profile of the accretion disk, Astronomy & Astrophysics, 490, 933

Složení týmu:

Frédéric Courbin, Alexander Eigenbrod a Georges Meylan (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland), Dominique Sluse, Robert Schmidt, Timo Anguita a Joachim Wambsganss (Astronomisches Rechen-Institut, Heidelberg, Germany) a Eric Agol (University of Washington, Seattle, USA).

Kontakty:

Frédéric Courbin, Alexander Eigenbrod, Georges Meylan; EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne); Switzerland; Phone: +41 22 379 24 18, +41 22 379 24 21, +41 22 379 24 25; E-mail: frederic.courbin@epfl.ch, alexander.eigenbrod@epfl.ch, georges.meylan@epfl.ch

Joachim Wambsganss; Astronomisches Rechen-Institut, Heidelberg, Germany; Phone: +49 6221 54 1800; E-mail: jkw@ari.uni-heidelberg.de

Eric Agol; University of Washington, Seattle, USA; Phone: +1 206 543 71 06; E-mail: agol@astro.washington.edu

ESO Press Officer: Dr. Henri Boffin - +49 89 3200 6222 - hboffin@eso.org
ESO Press Officer in Chile: Valentina Rodriguez - +56 2 463 3123 - vrodrigu@eso.or

Národní kontakt: Pavel Suchan +420 267 103 040 suchan@astro.cz

autor: Jiří Srba