Když hvězdu pohltí černá díra: první pozorování proudu materiálu vycházejícího z černé díry

15. 06. 2018

Černé díry Hvězdy

Poprvé v historii se astronomům podařilo přímo zachytit formování a následnou expanzi proudu materiálu vycházejícího z černé díry (v angličtině astrophysical jet, nebo relativistic jet). K této události dochází, když se hvězda k černé díře příliš přiblíží a nedokáže uniknout její intenzivní gravitaci. Materiál z hvězdy vytvoří rychle rotující disk nad rovníkem černé díry a z jejích pólů vychází proud ionizovaného materiálu. Událost astronomové pozorovali prostřednictvím radioteleskopů a infračervených teleskopů v páru kolizních galaxií ARP 299 ve vzdálenosti 150 milionů světelných let.

Černá díra v galaxii Arp 299

Ilustrace procesu, který zachytili astronomové ve vzdálené galaxii Arp 299. Supermasivní černá díra v jádru galaxie zachytila svou gravitací blízkou hvězdu. Její materiál vytváří disk rotující kolem černé díry, ze které je následně chrlen proud materiálu z pólů, který zachytily teleskopy v infračerveném a rádiovém spektru elektromagnetického záření.

Image credit: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF; NASA, STScI

První známky toho, že se podobná událost chystá, zachytili astronomové už v roce 2005, kdy teleskop William Herschel Telescope zachytil infračervený záblesk z jádra jedné z galaxií Arp 299. Půl roku poté objevil ve stejném místě radioteleskop VLBA (Very Long Baseline Array) nový radiový zdroj. Zdroj nadále emitoval rádiové a infračervené záření, ale nikoli optické nebo rentgenové, podle vědců to bylo způsobeno tím, že tyto vlnové délky byly pohlceny prachem a plyny obklopující jádro galaxie.

V následujících letech pozorovaly tento objekt různé teleskopy na Zemi i ve vesmíru. Spojením sil množství lidí a zařízení se podařilo přijít s detailním pozorováním, které ukazuje proud materiálu vycházející zdánlivě z černé díry (ve skutečnosti proud vychází z jejího bezprostředního okolí, protože z černé díry neunikne díky její extrémní gravitaci ani světlo). Zdroj rádiového a infračerveného záření se po tuto dobu pohyboval rychlostí asi jedné čtvrtiny rychlosti světla. 


Pozorování jádra galaxie Arp 299 od roku 2005 do roku 2015.
Credit: Mattila, Perez-Torres, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Hvězdný chaos při kolizi galaxií
Dvojice galaxií označovaná souhrnně jako Arp 299 je dnes ze Země pozorovatelná v procesu kolize. Jednotlivé hvězdy těchto dvou galaxií se vzájemně gravitačně ovlivňují a dochází ke zvýšení chaotického pohybu uvnitř obou galaxií. Každá z nich má supermasivní černou díru ve svém jádru a chaotický pohyb hvězd zvyšuje pravděpodobnost, že se některá z nich masivní černé díře přiblíží natolik, že nedokáže uniknout její extrémní gravitaci. 

Právě to se stalo osudné jedné z hvězd, kterou gravitace supermasivní černé díry zdeformovala a její hmotu k sobě přitáhla do rychle rotujícího disku materiálu. Jak se tento materiál blíží horizontu události černé díry, jeho rychlost se zvyšuje a zároveň s tím dochází k vytvoření proudu materiálu z pólů černé díry. Právě tuto strukturu dnes vědci u Arp 299 pozorují.

Kolem tohoto procesu existuje velké množství neznámých a právě pozorování Arp 299 a podobných relativně blízkých galaxií s aktivním jádrem může přinést odpovědi na jedny z nejzajímavějších astrofyzikálních otázek dneška. Doposud není zřejmé co přesně stojí za vznikem těchto astrofyzikálních proudů, mohlo by jít o intenzivní magnetické pole obklopující černou díru, nebo její rotace.