Vědci pozorovali u černé díry zvláštní, velmi silné záblesky energie. Připomínaly situaci, jako by černá díra trhala na kusy hvězdu – jenže dalekohled tam žádnou hvězdu nedetekoval. Astronomové řeší, co se v hlubokém vesmíru vlastně stalo.
Astronomové pozorovali černou díru, která přerušila půst
Supermasivní černé díry mají hmotnost i milionkrát větší než Slunce. Skrývají se v centru většiny galaxií, ale právě to ztěžuje jejich pozorování a studium. Na rozdíl od oblíbené představy, že černé díry neustále „požírají“ hmotu, mohou tato gravitační monstra trávit dlouhá období v klidové, neaktivní fázi. Toto období se dá představit jako půst.
Tak tomu bylo i v případě černé díry v srdci galaxie SDSS1335+0728, vzdálené 300 milionů světelných let v souhvězdí Panny. Po desetiletích půstu se náhle rozzářila a nedávno začala produkovat nebývalé záblesky rentgenového světla, popsala Evropská kosmická agentura, která její podivné chování sledovala pomocí přístrojů na družici XMM-Newton.
První známky aktivity se objevily koncem roku 2019, kdy galaxie začala nečekaně jasně zářit a přitáhla tak pozornost astronomů. Po několikaletém studiu vědci dospěli k závěru, že neobvyklé změny, které pozorovali, jsou pravděpodobně důsledkem náhlého „zapnutí“ černé díry: přechodu od půstu k požírání. Astronomové je teď označují za aktivní galaktické jádro, přezdívané „Ansky“.
- Hmotnost černých děr se obecně měří i odhaduje velmi špatně.
- Největší známou černou dírou je Phoenix A. Její hmotnost se může pohybovat kolem hmotnosti 100 miliard Sluncí. Její horizont události je stonásobkem vzdálenosti Slunce od Pluta.
„Když jsme poprvé spatřili její záření na optických snímcích, začali jsme s pozorováním pomocí rentgenového vesmírného dalekohledu NASA Swift a zkontrolovali jsme také archivní data z rentgenového dalekohledu eROSITA. Ale v té době jsme nezaznamenali žádné známky rentgenového záření,“ uvedla Paula Sánchez Sáezová z Evropské jižní observatoře v Německu, která vedla tým, jenž jako první zkoumal aktivaci černé díry.
Ansky se probouzí
Na tento výzkum navázali o rok později, když už další tým začal pozorovat nenasytnou černou díru i skrze její jasné záblesky rentgenového záření.
„Tato vzácná událost poskytla astronomům příležitost pozorovat chování černé díry v reálném čase pomocí rentgenových kosmických dalekohledů XMM-Newton a NASA NICER, Chandra a Swift. Tento jev je známý jako takzvaná kvaziperiodická erupce neboli QPE. QPE jsou krátkodobé záblesky. A je to poprvé, co jsme takovou událost pozorovali u černé díry, která se zřejmě probouzí,“ vysvětlují astrofyzici.
„První epizodu QPE jsme objevili v roce 2019 a od té doby jsme zaznamenali jen několik dalších. Zatím nechápeme, co je způsobuje. Studium Ansky nám ale pomůže lépe pochopit jak černé díry, tak i jejich vývoj,“ doplňuje Lorena Hernández-Garcíová, která byla zodpovědná za tuto fázi výzkumu.
„Teleskop XMM-Newton hrál v naší studii klíčovou roli. Je to jediný rentgenový dalekohled, který je dostatečně citlivý na to, aby detekoval slabší rentgenové světlo v pozadí mezi záblesky. Pomocí něj jsme mohli změřit, jak Ansky ztmavne, což nám umožnilo vypočítat, kolik energie uvolní, když se rozsvítí a začne blikat,“ dodala astronomka.
Od půstu k přejídání
Gravitace černé díry zachycuje hmotu, která se dostane příliš blízko, a může ji roztrhat. Hmota ze zachycené hvězdy se podle současného stavu poznání rozptýlí do horkého, jasného, rychle rotujícího disku, kterému se říká akreční disk. Podle současných názorů jsou QPE způsobeny interakcí objektu (kterým může být hvězda nebo malá černá díra) s tímto akrečním diskem a jsou spojeny se zničením hvězdy. Problém je, že neexistuje žádný důkaz o tom, že by Ansky nějakou hvězdu zničil. QPE zde tedy musí vznikat jinak. Ale jak?
Mimořádné vlastnosti opakujících se záblesků Anskyho přiměly výzkumný tým zvážit další možnosti. Akreční disk by mohl být tvořen plynem zachyceným černou dírou z jejího okolí – nikoliv rozpadlou hvězdou. V takovém případě by rentgenové záblesky pocházely z vysoce energetických rázů v disku, které by byly vyvolány malým kosmickým objektem, jenž by jím opakovaně procházel a narušoval tak obíhající materiál.
Kosmický teleskop XMM-Newton, vizualizace
„Záblesky rentgenového záření z Ansky jsou desetkrát delší a desetkrát svítivější než ty, které pozorujeme u typických QPE,“ říká Joheen Chakraborty, člen týmu a doktorand na Massachusettském technologickém institutu v USA. „Každá z těchto erupcí uvolňuje stokrát více energie, než jsme zaznamenali jinde. Erupce Ansky také vykazují nejdelší kadenci, jaká kdy byla pozorována, a to přibližně 4,5 dne. To posouvá naše modely na hranici jejich možností a zpochybňuje naše dosavadní představy o tom, jak tyto rentgenové záblesky vznikají.“
Sledování černé díry v akci
Možnost sledovat vývoj Anskyho v reálném čase je pro astronomy bezprecedentní příležitostí dozvědět se více o černých dírách a energetických událostech, které pohánějí. „V případě QPE jsme ale stále ve fázi, kdy máme více modelů než dat, a potřebujeme více pozorování, abychom pochopili, co se děje,“ konstatuje specialista na rentgenovou astronomii v ESA Erwan Quintin.
„Mysleli jsme si, že QPE jsou důsledkem zachycení malých nebeských objektů mnohem většími a jejich spirálového pohybu směrem dolů. Zdá se, že erupce Ansky nám říkají něco jiného. Tyto opakované výbuchy pravděpodobně souvisejí také s gravitačními vlnami, které by mohla zachytit budoucí mise ESA LISA. „Je proto velmi důležité, abychom měli i tato rentgenová pozorování, která doplní data o gravitačních vlnách a pomohou nám vyřešit záhadné chování masivních černých děr,“ zakončuje vědec.
