Webbův teleskop odhalil velkou světelnou show z centrální černé díry Mléčné dráhy

Zdá se, že supermasivní černá díra v centru Mléčné dráhy pořádá večírek se světelnou show ve stylu diskokoule. Pomocí vesmírného teleskopu Jamese Webba získal tým astrofyziků dosud nejdelší a nejpodrobnější pohled na „prázdnotu“, která se skrývá uprostřed naší Galaxie.

Zjistili, že rotující disk plynu a prachu (neboli akreční disk), který obíhá kolem centrální supermasivní černé díry Sagittarius A*, vysílá nepřetržitý proud záblesků bez období klidu. Aktivita se projevuje v širokém časovém rozmezí – od krátkých period až po dlouhé úseky. Zatímco některá vzplanutí jsou slabé záblesky trvající pouhé sekundy, jiná vzplanutí jsou oslnivě jasné erupce, které tryskají denně. Existují také ještě slabší změny, které se nárazově objevují v průběhu měsíců.

Nové poznatky by mohly pomoci fyzikům lépe pochopit základní povahu černých děr, způsob jejich napájení z okolního prostředí a dynamiku a vývoj naší Galaxie.

Studie byla zveřejněna 18. února 2025 v časopise Astrophysical Journal Letters.

„V našich datech jsme viděli neustále se měnící, pulzující jas,“ řekl Farhad Yusef-Zadeh z Northwestern University v Illinois, který studii vedl. „A pak bum! Najednou se objevil velký záblesk. Pak se zase vše uklidnilo. V této aktivitě jsme nenašli žádný vzorec. Zdá se, že je náhodná. Profil aktivity této černé díry byl pokaždé, když jsme se na ni podívali, nový a vzrušující.“

Publikovaný umělecký koncept zobrazuje supermasivní černou díru v centru naší Galaxie, známou jako Sagittarius A*. Je obklopena rotujícím akrečním diskem horkého plynu. Gravitace černé díry ohýbá světlo ze vzdálenější strany disku, takže se zdá, že se nad černou dírou a pod ní stáčí. V disku je vidět několik vzplanutí horkých skvrn, které připomínají sluneční erupce, ale v mnohem energičtějším měřítku. Vesmírný dalekohled Jamese Webba zaznamenal jak jasné erupce, tak slabší záblesky vycházející ze Sagittarius A*. Záblesky jsou tak rychlé, že musí vznikat velmi blízko černé díry.

Náhodný ohňostroj
K provedení studie použil Yusef-Zadeh a jeho tým kameru NIRCam (Near-Infrared Camera) Webbova teleskopu k pozorování objektu Sagittarius A* po dobu 48 hodin v 8 až 10hodinových intervalech v průběhu jednoho roku. To jim umožnilo sledovat, jak se černá díra v průběhu času mění. Ačkoliv tým očekával, že uvidí erupce, Sagittarius A* byl aktivnější, než předpokládali. Pozorování odhalila probíhající ohňostroje různé jasnosti a délky trvání. Akreční disk obklopující černou díru generoval pět až šest velkých vzplanutí denně a několik malých dílčích vzplanutí nebo výbuchů mezi nimi.

Ve hře jsou dva oddělené procesy
Ačkoliv astrofyzikové ještě plně nerozumějí procesům, které jsou ve hře, Yusef-Zadeh předpokládá, že za krátké záblesky a delší vzplanutí jsou zodpovědné dva oddělené procesy. Domnívá se, že slabé záblesky pravděpodobně vznikají v důsledku drobných poruch uvnitř akrečního disku. Konkrétně turbulentní fluktuace v disku mohou stlačit plazmu (horký, elektricky nabitý plyn) a způsobit dočasný výbuch záření. Yusef-Zadeh tyto události přirovnává ke slunečním erupcím.

„Je to podobné tomu, jak se magnetické pole Slunce shlukuje, stlačuje a pak následuje sluneční erupce,“ vysvětlil Yusef-Zadeh. „Procesy jsou samozřejmě dramatičtější, protože prostředí kolem černé díry je mnohem energičtější a extrémnější. Ale povrch Slunce také kypí aktivitou.“

Yusef-Zadeh připisuje velké a jasné záblesky občasným událostem magnetické rekonexe – procesu, při kterém se srazí dvě magnetická pole a uvolní se energie v podobě urychlených částic. Tyto částice se pohybují rychlostí blízkou rychlosti světla a vyzařují jasné záblesky záření. „Událost magnetické rekonexe je jako jiskření statické elektřiny, což je v jistém smyslu také ‚elektrická rekonexe‘,“ řekl Yusef-Zadeh.

Dvojí pohled
Protože Webbova kamera NIRCam může pozorovat dvě různé vlnové délky současně (v případě těchto pozorování 2,1 a 4,8 mikrometru), Yusef-Zadeh a jeho spolupracovníci mohli porovnat, jak se jasnost záblesků měnila s každou vlnovou délkou. I tentokrát se vědci setkali s překvapením. Zjistili, že události pozorované na kratších vlnových délkách změnily jasnost o něco dříve než události na delších vlnových délkách.

„Je to poprvé, co jsme zaznamenali časové zpoždění při měřeních na těchto vlnových délkách,“ řekl Yusef-Zadeh. „Pozorovali jsme tyto vlnové délky současně pomocí kamery NIRCam a všimli jsme si, že delší vlnová délka zaostává za kratší o velmi malou část – možná o několik až 40 sekund.“

Toto časové zpoždění poskytlo více informací o fyzikálních procesech probíhajících v okolí černé díry. Jedním z vysvětlení je, že částice v průběhu vzplanutí ztrácejí energii – na kratších vlnových délkách ji ztrácejí rychleji než na delších. Takové změny se očekávají u částic spirálovitě se pohybujících kolem magnetických siločar.

Snaha o nepřetržitý pohled
Pro další zkoumání těchto otázek Yusef-Zadeh a jeho tým doufají, že využijí Webbův teleskop k pozorování černé díry Sagittarius A* po delší dobu, například 24 hodin bez přerušení, což pomůže snížit šum a umožní vědcům vidět ještě jemnější detaily.

„Když se díváte na tak slabé vzplanutí, musíte soutěžit s šumem,“ řekl Yusef-Zadeh. „Pokud můžeme pozorovat po dobu 24 hodin, pak můžeme snížit šum a vidět rysy, které jsme dříve vidět nemohli. To by bylo úžasné. Můžeme také zjistit, zda se tyto erupce opakují, nebo zda jsou skutečně náhodné.“

Zdroj: https://www.jameswebbdiscovery.com/discoveries/james-webb-telescope-unveils-stunning-light-show-from-milky-way-black-hole

autor: František Martinek