Nejhmotnější černá díra ve vesmírném sousedství  
Obří galaxie M87 je sídlem gigantické černé díry. Odhady její hmotnosti se neustále zvyšují.

 

Zvětšit obrázek
Hubblův teleskop zachytil proud extrémně horkého plynu urychleného procesy okolo černé díry v galaxii M87 až na 99 % rychlosti světla. Jet je dlouhý minimálně pět tisíc světelných let. Kredit: NASA / Hubble Heritage

Kupa galaxií v Panně (Virgo Cluster) je velké seskupení minimálně 1 300 galaxií. Promítá se nám do souhvězdí Panny a analýzy rudých posuvů naznačují, že centrum tohoto galaktického společenství se nachází necelých 54 milionů světelných let daleko. Největší z galaxií nese označení M87 (podle jiné katalogizace NGC 4486) a patří do kategorie obřích eliptických galaxií, které se pozorovateli v závislosti od úhlu pohledu jeví jako svítící tajemný oblak ve tvaru kruhu, nebo elipsy. Jasnost od středu k okrajům výrazně klesá, protože kopíruje snižující se hustotu hvězd. Naší Mléčné dráze – 100 tisíc světelných let rozlehlý, relativně plochý zářící disk se spirálovitě stočenými rameny a centrální výdutí - se tedy M87 vůbec nepodobá. Ani tvarem, jenž je víceméně kruhový, ani velikostí, jelikož její průměr odhadujeme na 980 tisíc světelných let. Tedy téměř desetkrát více než má naše Galaxie.

Zvětšit obrázek
Snímek galaxie M87 vytvořený kombinací rentgenu a obrazu ve viditelném světle. Kredit: NASA/CXC/CfA/+DSS

 

M87 není z astronomického hlediska příliš daleko, proto je zajímavým i oblíbeným cílem výzkumů. Vědci již dlouho vědí, že jejím srdcem je gigantická supermasivní a velmi aktivní černá díra, zdroj zářící v několika oblastech spektra, zejména v pásmu rádiových vln. V gravitačním dosahu tohoto vše pohlcujícího vesmírného obra je dostatek hmoty, která v rovině rotačního rovníku vytváří rozlehlý akreční disk v němž po spirále padá za oponu horizontu událostí. Tím se stává součástí černé díry a navždy se nám vytrácí z pozorovatelného světa. Procesy, jimž ne zcela rozumíme a ve kterých hraje důležitou roli ionizace urychlovaných částic a magnetická pole v akrečním disku, chrání část hmoty před touto záhubou a proměňuje ji v obrovské proudy (jety) vysokoenergetického plazmatu, tryskající podél rotační osy černé díry. V případě galaxie M87 tyto jety registrujeme v neuvěřitelné vzdálenosti 5 000 světelných let od centra. Již to dokazuje, jak velké monstrum zde musí sídlit. Z mnohem větší vzdálenosti, v niž nelze rozlišit vnitřní strukturu galaxie, bychom ji díky aktivitě centrální černé díry mohli zaznamenat jako slabý kvazar.
Ale jaká je hmotnost černého nenasytného jádra? Odpovědi astronomů na tuto otázku se dosud velmi lišily. Jak se zdokonalovala pozorovací technika i výpočetní metody, tak postupně rostla i odhadovaná hmotnost černé díry v M87 z jedné miliardy hmotnosti našeho Slunce na šet miliard. Nejnovější a zdá se že i z nejpřesnějších a nejkompletnějších analýz vydolovaná hodnota je 6,6 miliard krát hmotnost Slunce.


S tímto výsledkem se letos, na 217. setkání Americké astronomické společnosti, prezentoval Karl Gebhardt z Texaské university v Austinu. Spolu s týmem amerických kolegů z různých pracovišť vytvořil model kombinující pozorování z dvou observatoří. Na jedné se vědci zaměřili na centrální oblast galaxie M87, na té druhé pak na tu vnější. První výsledky výpočtů astronomové prezentovali již v roce 2009 na 214. setkání astronomické společnosti. Tehdejší hodnota hmotnosti černé díry v M87 představovala 6,4 miliard násobek hmotnosti Slunce. Ale po upřesnění stoupla o dalších 200 milionů Sluncí na nynější 6,6 miliard násobek.

Zvětšit obrázek
Zajímavé, i když zjevně nadnesené znázornění představ o tom, co by dalekohledy příští generace mohly vidět v centrální oblasti galaxie M87. Vířící prachoplynné chuchvalce vytvářejí okolo horizontu událostí supermasivní černé díry gigantický akreční disk. Zpod hranice horizontu není úniku. Modrá šmouha znázorňuje jet plazmatu tryskajícího obrovskými rychlostmi podél rotační osy. Je to jediná šance pro hmotu vymanit se z gravitační pasti. Kredit: Lynette Cook, AURA illustration/Gemini Observatory

 

Jak „zvážit“ černou díru

Samozřejmě pomocí jejich gravitačních účinků na blízké, velké a dobře pozorovatelné hvězdy, které obíhají na eliptických drahách centrum galaxie M87. Gebhardt pro měření oběžných rychlostí využil infračervený spektrograf na jednom z dvojice identických 8metrových dalekohledů Gemini na havajské sopce Mauna Kea. Zjistil, že aby se pozorované hvězdy udržely na svých orbitech, pohybují se po nich překvapivě rychle, tudíž musí bojovat s obrovskou gravitací. Ve snaze co nejvíce potlačit chyby způsobené slabým rozlišením na vzdálenost více než 50 milionů světelných let a závoji galaktických prachoplynných oblaků, Gebhardův tým se nezaměřil jenom na vliv samotné černé díry na hvězdy v centrální oblasti M87, ale do svých modelů zahrnul i pohyby hvězd na vnější hranici galaxie. Zde pohyb výrazně podléhá gravitačnímu působení temného galaktického halo – jakéhosi předpokládaného galaktického obalu tvořeného převážně temnou hmotou. Podobně jako černá díra nevyzařuje na žádné vlnové délce elektromagnetického spektra a projevuje se jenom svou gravitací.

Zvětšit obrázek
Oortův oblak tvoří jakousi obálku zbytkového materiálu okolo sluneční soustavy. Podobně si lze představit galaktické halo tvořené tajemnou temnou hmotou. I když ji přímo nevidíme, je jí podstatně více než té zářící.

Galaktické halo bychom si mohli představit jako analogii Oortova mraku, jež zvenčí obaluje sluneční soustavy. Jen je z neviditelné matérie, které je ale více, než té viditelné. Proto zanedbání gravitačního účinku velkého množství temné hmoty nemůže poskytnout ani dostatečně přesnou odpověď na otázku o hmotnosti centrální černé díry. Na pozorování a analýzu pohybů hvězd ve vnějších oblastech M87, tedy v zóně výraznějšího působení temnohmotného galaktického halo, se zaměřil mladý člen týmu, diplomant Jeremy Murphy u dalekohledu Texaské university – teleskopu Harlana J. Smitha na Mc Donaldově observatoři v Západním Texasu.


Z nově vypočtené hmotnosti černé díry v M87, 6,6 x 109 hmotnosti Slunce, lze stanovit i její horizont událostí – tedy hranici gravitační pasti, z níž ani fotony nemají šanci uniknout. Poloměr tohoto horizontu je necelých 20 miliard kilometrů, což je asi 127 násobek poloměru oběžné dráhy Země okolo Slunce a o něco více, než čtyřnásobek oběžné dráhy Neptunu.


Podle v současnosti akceptované teorie lze obří velikost černé díry v M87 vysvětlit jako následek dávných vzájemných srážek menších černých děr. Samotná mateřská galaxie je totiž největší v „blízkém“ vesmírném sousedství a výpočty zohledňující její tvar, hmotnost a zejména prostorové rozložení viditelné hmoty vedou k představě, že obrovský vesmírný chuchvalec utvářely vzájemné kolize a splynutí desítek menších galaxií.

Zvětšit obrázek
Rádiový snímek centrální oblasti Mléčné dráhy. Šipka s označením Sgr A směřuje k sídlu černé díry s hmotností asi 4 milionů Sluncí. Kredit: NRAO Very Large Array

Astronomové mají v plánu koordinovanější způsob lovu černých děr a mapování jejich gravitačních účinků, aby mohli určit s větší přesností hmotnosti těchto tajemných, lidskou fantazii vzrušujících vesmírných objektů. Umožnil by to projekt celosvětového propojení mnoha teleskopů, které skýtají možnost pozorovat vesmír v záření se submilimetrovými vlnovými délkami, což je v astronomii spektrální oblast nacházející se mezi pásmem dalekých infračervených vln a mikrovlnami. To by umožnilo rozšířit zorné pole a „vidět“ stín procesů probíhajících těsně před hranicí horizontu událostí gigantické černé díry v M87. A také přesněji „zvážit“ podobná kosmická monstra, sídlící i v centrech vzdálenějších galaxií.

 

Zatím nejhmotnější známou černou dírou je jedna složka binárního systému OJ 287 vzdáleného asi 3,5 miliardy světelných let (v souhvězdí Raka). Jde pravděpodobně o následek srážky dvou galaxií. Centrální černá díra má podle odhadů hmotnost až 18 miliard Sluncí. S periodou asi 11 – 12 let jí obíhá asi 180násobně menší temná partnerka.


I když naši galaktickou centrální černou díru zařazujeme do kategorie „superhmotné“, v porovnání se všemi zmíněnými je takovým drobečkem. Odhad její hmotnosti se také hodně mění. I když mnohé stránky NASA uvádějí starší údaj, asi 2,6 milion krát hmotnost Slunce, výzkumy z let 2008 a 2009 ho výrazně posunuly mnohem výš: něco přes 4 milion násobek hmotnosti naší životodárné hvězdy.

 


Opět trochu angličtiny slovem i písmem a zajímavou formou:

Video 1: Vesmírná cesta za největšími černými dírami. V 15. minutě je zmíněna i ta v srdci galaxie M87. V době vzniku videa byla její hmotnost odhadována na 4 miliardy Sluncí. Dnes je to o 2,6 miliardy více.

 


Video2: Vesmírná cesta do středu Mléčné dráhy, k černé díře Sagittarius A

 

 


Zdroje: Mc Donald Observatory The University of Texas at Austin, předběžná verze odborného článku

Datum: 17.01.2011 19:18
Tisk článku

Související články:

Vědci vystopovali velkou černou díru, co se toulá Mléčnou dráhou     Autor: Stanislav Mihulka (16.01.2019)
Návrat fuzzballu: Černé díry jsou prý jenom klubka superstrun     Autor: Stanislav Mihulka (01.08.2018)
Nenasytný gigant: Nejrychleji rostoucí supermasivní černá díra vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (21.05.2018)
Má naše supermasivní černá díra v srdci Galaxie nějaké sourozence?     Autor: Stanislav Mihulka (02.05.2018)
Některé černé díry vymažou minulost a nabídnou nekonečně budoucností     Autor: Stanislav Mihulka (23.02.2018)



Diskuze:

Čeština

Radim Dvořák,2011-01-22 04:28:09

Vážená paní Gregorová, mám rád Vaše články a vím, že Vaše rodná řeč je slovenština a češtinu zde používáte, abyste byla blíže čtenářům a sama se procvičila. Je to chvályhodné a úctyhodné, navíc na vysoké úrovni.

Dovolím si Vám opravit drobné chybičky, které prozrazují Vaši mateřštinu:
Na naší Mléčnou dráhu ... se tedy M87 vůbec nepodobá - správně Naší Mléčné dráze ... se ... nepodobá
více-méně se píše dohromady
deset krát se píše také dohromady

Odpovědět

Nejhmotnější černá díra

Stanislav Brabec,2011-01-18 10:27:28

V prázdném prostoru mezi galaktickými hnízdy se předpokládá existence černých ultraděr, které vznikly v ranném vesmíru, a lapají hmotu ze dalekého okolí. Jejich hmotnost by mohla být řádu 10 biliard hmotností slunce, tedy zhruba milionkrát těžší, než zde popisovaná černá díra.

Odkaz: http://www.ian.cz/detart_fr.php?id=2073

Odpovědět


Dík,

Dagmar Gregorova,2011-01-18 11:18:26

ale do seznamu známých objektů se některá z těchto předpokládaných extrémně hmotných černých děr dostane, až budeme vědět, kam zamířit dalekohled a jaké její gravitační projevy máme hledat.

Odpovědět


Karel Š,2011-01-20 15:26:04

Existence zmíněných "ultraděr" mi přijde dost nepravděpodobná. Jednak prostor mezi galaktickými hnízdy není až tak úplně prázdný, jednak si myslím že při výzkumech rozložení temné hmoty ve vesmíru na něco takového s velkou pravděpodobností odhalili. A kromě toho mi cosi říká že pokud by ve vesmíru od počátku byly nějaké ultradíry tak by se hmota koncentrovala spíš kolem nich než mezi nimi, takže pokud tehdy nějaké vznikly, hledal bych je naopak v centrech galaktických hnízd než "na opačné straně". Samozřejmě jsem jen laik, takže se rád nechám překvapit...

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni











Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace