Sciencemag.cz
Doporučujeme
V centrech většiny galaxií se nacházejí superhmotné černé díry s hmotností řádově miliard Sluncí. Astronomové je pozorují jako jasná galaktická jádra (kvasary/blazary), kde supermasivní černá díra pohlcuje hmotu z víru kolem obíhající hmoty (akreční disk). Galaktické jádro jasně září v prakticky celém elektromagnetickém spektru a produkuje i intenzivní výtrysky hmotných (= s nenulovou klidovou hmotností) částic.
V nedávné studii našli astronomové zatím nejpřesvědčivější důkaz o tom, že v galaktickém jádru se může nacházet i binární systém černých děr. Odlišení obou černých děr se podařilo pomocí signálů pocházejících z výtrysků spojených s akrecí hmoty do obou černých děr. Galaxie (respektive její aktivní jádro) OJ287 vůbec představuje nejpodrobněji prozkoumaný systém tohoto typu. Na obloze jsou ale tyto černé díry tak blízko u sebe, že splývají v jeden bod. Skutečnost, že se tečka ve skutečnosti skládá ze dvou černých děr, je přímo průkazná až po rozlišení obou signálů, které vysílají.
Galaxie OJ 287 leží ve směru souhvězdí Raka ve vzdálenosti asi 5 miliard světelných let a astronomové ji pozorují od roku 1888. Již před více než 40 lety si astronom z finské Turku Universoty Aimo Sillanpää a jeho spolupracovníci všimli, že v jejím vyzařování je nápadný vzorec, který má dva cykly, jeden trvá přibližně 12 let a druhý je delší, asi 55 let. Předpokládali, že tyto dva cykly jsou důsledkem oběžného pohybu dvou černých děr kolem sebe (respektive cca jedné kolem druhé). Kratší cyklus odpovídá samotné době oběhu a delší cyklus je výsledkem pomalého vývoje orientace oběžné dráhy. Další analýza nyní umožnila modelovat, jak se sekundární černá díra pravidelně noří do akrečního disku primární černé díry rychlostí, která je o zlomek nižší než rychlost světla. Ponor sekundární černé díry zahřívá materiál disku a horký plyn se uvolňuje v podobě rozpínajících se bublin. Tyto horké bubliny se ochlazují několik měsíců, zatímco vyzařují a způsobují světelný záblesk (erupci), který trvá zhruba čtrnáct dní a je jasnější než bilion (trillion) hvězd.
Další zkoumání vedlo k závěru, že větší černá díra v tomto páru váží více než 18 miliard Sluncí, zatímco její průvodce je zhruba 100krát lehčí. Oběžná drahá menší černé díry je značně výstřední (viz obrázek).
Astronomům se tehdy nicméně nepodařilo pozorovat přímý signál z menší černé díry. Před rokem 2021 byla její existence odvozena stále pouze nepřímo ze záblesků a ze způsobu, jakým způsobuje kmitání výtrysků té větší. „Obě černé díry jsou na obloze tak blízko u sebe, že je nelze vidět samostatně, v našich dalekohledech splývají do jednoho bodu. Pouze pokud uvidíme jasně oddělené signály z každé černé díry, můžeme říci, že jsme je skutečně ‚detekovali‘ obě,“ uvádí hlavní autor nového výzkumu, astronom Mauri Valtonen z University of Turku. Až pozorovací kampaně v letech 2021/2022 u OJ 287 s využitím velkého počtu dalekohledů různých typů umožnily vědcům poprvé získat pozorování sekundární černé díry, která se noří do akrečního disku, a signály vycházející ze samotné menší černé díry.
„Období 2021/2022 mělo při studiu OJ 287 zvláštní význam. Již dříve bylo předpovězeno, že v tomto období se sekundární černá díra ponoří do akrečního disku svého hmotnějšího průvodce. Očekávalo se, že toto zanoření vyvolá těsně po dopadu velmi modrý záblesk, a Martin Jelínek a jeho spolupracovníci z ČVUT a Astronomického ústavu AV ČR jej skutečně pozorovali, a to během několika dní předpovězeného času,“ říká dále M. Valtonen.
Došlo však i ke dvěma velkým překvapením – novým typům záblesků, které dosud nebyly detekovány. První z nich spatřila až podrobná pozorovací kampaň Staszka Zoly z Jagellonské univerzity v Krakově. Zola a jeho tým pozorovali velkou erupci, která vyprodukovala 100krát více světla než celá galaxie a trvala pouhý jeden den.
„Podle odhadů došlo ke vzplanutí krátce poté, co menší černá díra obdržela obrovskou dávku nového plynu, který spolkla během svého pádu. Právě pohlcování plynu vedlo k náhlému zjasnění OJ287. Předpokládá se, že tento proces posílil jet, která vystřeluje z menší černé díry OJ 287. Taková událost byla předpovězena již před deseti lety, ale až dosud nebyla potvrzena,“ vysvětluje Valtonen.
Druhý nečekaný signál pocházel z gama záření a byl pozorován teleskopem NASA Fermi. K největšímu vzplanutí gama záření v OJ287 za posledních šest let došlo právě v okamžiku, kdy se menší černá díra ponořila do plynného disku primární černé díry. Výtrysk menší černé díry interaguje s plynem v disku a tato interakce vede k produkci záření gama.
A proč jsme takový jednodenní výbuch dosud nikdy nezaznamenali? Jádro galaxie OJ287 bylo poprvé vyfotografováno v roce 1888 a intenzivně sledován od 70. let 20. století. „Ukazuje se, že jsme prostě měli smůlu. Nikdo nepozoroval OJ287 přesně v těch nocích, kdy došlo jednodennímu výtrysku. A nebýt intenzivního sledování Zolovy skupiny, přehlédli bychom to i tentokrát,“ tvrdí M. Valtonen.
Díky tomuto úsilí je OJ 287 navíc nejlepším kandidátem na pár supermasivních černých děr, který vysílá gravitační vlny v nanohertzových frekvencích.
Mauri J Valtonen et al, Refining the OJ 287 2022 impact flare arrival epoch, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad922
Zdroj: University of Turku / Phys.org
…jasnější než bilion (trillion) hvězd.
Tak bilion, nebo trilion??
jako ze v angl. originale trillion