Astronomové poprvé změřili rotaci supermasivní černé díry pomocí kolísání hvězdného materiálu. Výsledky, ke kterým došel mezinárodní tým vědců, nabízejí nový způsob zkoumání supermasivních černých děr a jejich vývoje ve vesmíru. Jedním z hlavních autorů studie publikované v prestižním časopise Nature je také Michal Zajaček z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity.
Astronomové přišli na to, jak změřit rotaci supermasivní černé díry
Mezinárodní vědecký tým popsal nový způsob, jak změřit rychlost otáčení černé díry. Astronomové na to využili kolísavé plynné pozůstatky jejího působení na hvězdu. Zjistili, že právě kolísání nově vytvořeného akrečního disku je klíčem k určení vlastní rotace centrální černé díry. Na výzkumu spolupracovali experti z Massachusetts Institute of Technology (MIT), Masarykovy univerzity, NASA a dalších institucí.
„Když se hvězda přibližuje k černé díře z libovolného směru, nově vzniklý disk je zpravidla vychýlen vůči rotaci černé díry,“ vysvětluje Zajaček. „V silně pokřiveném prostoročase je disk strháván rotací černé díry, což způsobuje jeho periodické kývání. Dlouho se předpokládalo, že by to mělo vést k pravidelné proměnlivosti vyzařování disku. Tento efekt se nám poprvé podařilo detekovat a použít k určení míry rotace černé díry. Zaznamenaná událost AT2020ocn posloužila jako ukázková laboratoř černých děr,“ doplňuje vědec, který patří mezi hlavní autory studie a který na naměřené rentgenové záblesky aplikoval několik modelů akrečního disku, z nichž odvodil rotaci černé díry.
Schematický obrázek znázorňující kolísaní akrečního disku vytvořeného z pozůstatků rozpadlé hvězdy
Nová metoda pro měření rotace černých děr využívá slapového rozrušení hvězdy působením černé díry. To je situace, kdy gravitační síly působící na hvězdu naruší její celkovou soudržnost a ona se rozpadne. Tento jev je doprovázen mimořádně jasným zábleskem. Jak je hvězda narušována obrovskými slapovými silami černé díry, polovina jí je „odfouknuta“, zatímco druhá polovina je vržena do okolí černé díry a vytváří intenzivně horký akreční disk rotujícího hvězdného materiálu.
Ve studii, která vyšla v časopise Nature, astronomové uvádějí, že změřili rotaci blízké supermasivní černé díry sledováním průběhu rentgenových záblesků, které černá díra produkovala bezprostředně po slapovém roztrhání hvězdy. Tým pozoroval záblesky po dobu několika měsíců a zjistil, že jsou pravděpodobně projevem jasného horkého akrečního disku, který se kymácí sem a tam, jak je tlačen a tažen rotací černé díry. Sledováním změn kolísání disku v čase mohli vědci zjistit, jak moc je tento disk ovlivňován rotací černé díry a jak rychle se otáčí samotná černá díra. Jejich analýza ukázala, že černá díra se otáčí rychlostí menší než 25 procent rychlosti světla, což je na poměry černých děr poměrně pomalé.
Měření stovek černých děr
Nová metoda by mohla být v příštích letech použita k měření rotace stovek černých děr v místním vesmíru,“ říká Dheeraj „DJ“ Pasham z MIT, který celý výzkum vedl. Pokud se vědcům podaří touto metodou prozkoumat rotace mnoha blízkých černých děr, mohou začít chápat, jak se gravitační obři v průběhu historie vesmíru proměňovali. „Díky tomu, že v příštích letech budeme touto metodou studovat několik systémů, mohou astronomové odhadnout celkové rozložení rotačních momentů černých děr a pochopit dlouholetou otázku, jak se vyvíjejí v čase,“ dodává Pasham, který je členem Kavliho institutu pro astrofyziku a kosmický výzkum na MIT.
