V centrální části Mléčné dráhy se nachází 10 000 hvězdných černých děr

Skupina astrofyziků pod vedením Columbia University objevila desítky hvězdných černých děr shromážděných v okolí zdroje záření Sagittarius A* (Sgr A*), což je supermasivní černá díra v centru naší Galaxie – Mléčné dráhy. Jedná se o první objev, který podporuje desítky let starý předpoklad, otevírající nesčetné příležitosti k lepšímu porozumění vesmíru.

„Všechno, co jsme chtěli zjistit o tom, jak se supermasivní černé díry vzájemně ovlivňují s hvězdnými černými dírami, můžeme zjistit na základě studia tohoto rozložení,“ říká astrofyzik Chuck Hailey, vedoucí Columbia Astrophysics Lab a hlavní autor této studie. „Mléčná dráha je vskutku jediná galaxie, kde můžeme studovat, jak supermasivní černá díra interaguje s těmi malými, protože zkrátka totéž nejsme schopni pozorovat v jiných galaxiích. Jinak řečeno, toto je jediná laboratoř, kterou máme k dispozici ke sledování tohoto fenoménu.“

Článek byl publikován 5. 4. 2018 ve vědeckém časopise Nature.

Již více než dvě desetiletí výzkumníci neúspěšně hledali důkazy na podporu teorie, že tisíce černých děr hvězdného typu mohou obíhat kolem supermasivních černých děr v centrech velkých galaxií.

„Je známo pouze zhruba pět desítek černých děr v celé Galaxii – jejíž průměr je 100 000 světelných roků – a předpokládá se přítomnost 10 000 až 20 000 těchto objektů v oblasti o průměru pouhých šest světelných roků, které však doposud nikdo nebyl schopen pozorovat,“ říká Chuck Hailey a dodává, že dosavadní rozsáhlé pátrání po černých dírách v okolí nejbližší supermasivní černá díry Sgr A* bylo bezvýsledné, nicméně se jedná o nejsnadnější výzkum.

Chuck Hailey dále vysvětlil, že zdroj Sgr A* je obklopen halo tvořeným plynem a prachem, což poskytuje dokonalé místo pro vznik velmi hmotných hvězd, které rychle žijí a umírají, a mohou se z nich vytvořit černé díry. Následně černé díry z vnějšího halo, jak se předpokládá, padají do centra galaxie pod vlivem supermasivní černé díry, kde jsou drženy nedobrovolně jako zajatci její přitažlivostí.

Zatímco většina ze zachycených černých děr zůstává osamocena, některé černé díry se potkají s málo hmotnými hvězdami a jsou k nim připoutány, čímž vytvářejí hvězdné binární systémy. Astronomové se domnívají, že hustá koncentrace těchto osamělých a „připoutaných“ černých děr v centru naší Galaxie vytváří hustý oblak, který se stává hustější se zmenšující se vzdáleností od supermasivní černé díry.

V minulosti selhaly pokusy o nalezení důkazů takových seskupení zaměřené na hledání jasných záblesků rentgenového záření, ke kterým dochází, když černé díry splynou se svým hvězdným průvodcem.

„To je zřejmá cesta pozorování černých děr,“ říká Chuck Hailey, „avšak střed Galaxie je tak daleko od Země, že tyto výbuchy jsou pouze tak jasné, že je můžeme pozorovat přibližně jednou za 100 až 1 000 let.“ Aby mohl Chuck Hailey se svými spolupracovníky detekovat černé díry v binárních soustavách, pak potřeboval hledat velmi slabé, avšak stálé rentgenové záření emitované po počátečním sbližování, kdy jsou dvojhvězdné systémy v pasivním stavu.

„Bylo by to snadné, pokud by černé díry v binárních soustavách běžně produkovaly velká vzplanutí podobně jako neutronové hvězdy, avšak to nedělají, takže jsme museli přijít s jiným způsobem, jak je pozorovat,“ říká Chuck Hailey. „Osamělé černé díry jsou téměř černé – nejsou tedy pozorovatelné. Abychom spatřili osamělé černé díry, není to vůbec jednoduché. Avšak když je černá díra svázána s hvězdou o nízké hmotnosti, vede to k emitování záblesků rentgenového záření, které je sice slabé, avšak detekovatelné. Pokud můžeme vypátrat černé díry, které jsou spojeny s hvězdami o malé hmotnosti a víme, jaký podíl černých děr bude s těmito hvězdami spojen, můžeme vědecky odvodit četnost populace osamělých černých děr.“

Chuck Hailey se svými spolupracovníky zamířil do archivních dat z družice Chandra X-ray Observatory k prověření své techniky. Pátrali po rentgenových signálech černých děr v binárních soustavách s málo hmotnými hvězdami v jejich neaktivních stavech a byli schopni nalézt 12 černých děr do vzdálenosti tří světelných roků od supermasivní černé díry Sgr A*. Astronomové následně analyzovali vlastnosti a prostorové rozložení identifikovaných binárních soustav a provedli extrapolaci svých pozorování. Zjistili, že musí existovat přibližně 300 až 500 binárních systémů černá díra-málo hmotná hvězda a asi 10 000 izolovaných černých děr v okolí zdroje Sgr A*.

„Tento objev potvrzuje hlavní teorii a její závěry,“ říká Chuck Hailey. „Chystá se výrazné pokračování výzkumu gravitačních vln, protože znalost počtu hvězdných černých děr v centru typické galaxie může pomoci lépe předpovídat, kolik případů detekce gravitačních vln může být s nimi spojeno. Veškeré informace, které astronomové potřebují, se nacházejí v centru galaxie.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/astrophysicists-discover-dozen-black-holes-orbiting-sgr-a/ a http://www.sci-news.com/astronomy/stellar-mass-black-holes-milky-ways-central-region-05885.html

autor: František Martinek