Zvětšit obrázek

Černá díra ve středu Mléčné dráhy jako urychlovač vyslala do prostoru vysokoenergetický proton, který se časem srazil s nízkoenergetickým protonem v mraku plynného vodíku. Žlutá čára představuje dráhu vysokoenergetického protonu. Okolní plazma je nositelem magnetického pole, které ovlivňuje trajektorii protonu. Výsledkem srážky je vysokoenergetické gama záření (zelená šipka). Kredit: Sarah Ballantyne

Nyní astrofyzikové z UA (University of Arizona), Los Alamos National Laboratory a australské University of Adelaide objevili mechanismus vytváření tohoto vysokoenergetického gama záření. Černá díra ve středu Mléčné dráhy by mohla pracovat jako kosmický částicový urychlovač (accelerator). Protony urychlené na neuvěřitelně velké rychlosti rozbíjejí nízkoenergetické protony a vzniká vysokoenergetické gama záření.

„Podobá se to experimentům, které budou probíhat v Large Hadron Collider v CERNu,“ řekl David Ballantyne, astrofyzik UA.

Po dokončení bude Large Hadron Collider (listopad 2007) schopen urychlit protony na 7 biliónů eV (7 TeV, 7.1012 eV). Podle nových studií naše galaktická černá díra urychlí protony na energii až 100 biliónů eV (100 TeV). A jak Ballantyne prohlásil, je to velmi impozantní hodnota, přestože „naše černá díra je pěkně líná oproti daleko hmotnějším černým dírám v dalších galaxiích“.

Již před několika lety zjistil Fulvio Melia (astrofyzik UA), že silné, chaotické magnetické pole v blízkosti černé díry urychlí protony a další částice na extrémně vysoké energie.

„Náš galaktický centrální superhmotný objekt je stálým zdrojem překvapení už od svého objevení před nějakými 30 lety,“ řekl Melia. „Postupně se ale stal nejlépe studovanou a nejzajímavější černou dírou ve vesmíru. Nyní jsme dokonce zjistili, že zjevný klid ve velké části spektra odporuje skutečnému výkonu. K nám se totiž dostane jen zlomek informací díky horizontu událostí - oblasti odkud není návratu.“

Horizont událostí je plocha, která ohraničuje oblast, ze které nemůže uniknout žádné záření. U černé díry je úniková rychlost rovna rychlosti světla, proto horizont událostí je nejvzdálenější hranice, odkud může světlo uniknout a všechny jevy pod horizontem událostí zůstávají v černé díře a pro pozorovatele jsou neviditelné.

Černá díra v Mléčné dráze „je jeden z nejaktivnější částicových urychlovačů v Galaxii, ale dělá to v zastoupení, protože přiměje magnetické pole okolní plazmy, aby zachytilo superrychlé protony,“ řekl Melia.

Zvětšit obrázek

Na horním snímku je Galaktický střed a zdroje gama záření pořízené dalekohledem H.E.S.S. Dva jasné zdroje gama záření: HESS J1745-290 a zbytek supernovy G 0.9+0.1. Vzájemná vzdálenost objektů je asi 1°. Dolní obrázek ukazuje stejnou oblast, ale je zpracován tak, aby vynikla oblast gama záření podél galaktického rovníku a další objekt HESS J1745-303. řerušovaná čára ukazuje pozici galaktického rovníku. Kredit: H.E.S.S Cooperation

Ballantyne použil detailní, reálné mapy mezihvězdného plynu a modeloval oblast do vzdálenosti 10 sv.l. od černé díry a zjišťoval, jestli urychlené protony vyslané z galaktického středu vytvoří gama záření.

„Vypočítali jsme velmi přesně pohyb protonů v takovém prostředí, vzali jsme v úvahu i magnetické síly, které mění dráhu protonů,“ řekl Ballantyne. Tým astrofyziků počítal dráhu 222 000 protonů.

Zvětšit obrázek

Rádiový pohled na střed naší Galaxie, který leží ve směru souhvězdí Střelce. Kredit: N. Kassim/Naval Research Lab

I kdyby se protony pohybovaly rychlostí blízké rychlosti světla, jejich pohyb je tak nahodilý, že vzdálenost 10 sv.l. od černé díry by urazily až za několik tisíc let. Poté, co vysokoenergetické protony uniknou z okolí černé díry, letí mezihvězdným prostorem, kde narazí do nízkoenergetického protonu (oblaku plynného vodíku), který se rozpadne a vznikne částice zvaná „mezon“.
Tyto částice se rychle rozpadají a vzniká vysokoenergetické gama záření, které dále křižuje vesmír.

Mezony jsou neelementární částice, složené z jednoho kvarku a jednoho antikvarku. Název vznikl z toho, že první objevené mezony v polovině min. století měly hmotnost „mezi“ hmotností elektronu a protonu.

Zvětšit obrázek

Dalekohledy H.E.S.S. (Namibie). Kredit: Max-Planck-Institut für Kernphysik

Ballantyne, Melia a jejich kolegové věří, že tento proces může vysvětlit spektrum a jasnost vysílaného gama záření, které astronomové pozorují. Vědci objevili vysokoenergetické gama záření pozemními dalekohledy v Namibii (Afrika), Whipple Observatory (jihovýchodní Arizona) a na některých dalších observatořích.

Žádný pozemský přístroj nemůže gama záření pozorovat přímo, proto se jako detektor využívá zemská atmosféra. Při interakci gama záření s atmosférou vzniká sekundární sprška tzv. Čerenkovova záření, které pak registrují extrémně citlivé kamery na speciálních dalekohledech (HESS, VERITAS, MAGIC).

H.E.S.S.  (High Energy Stereoscopic Systém) - systém čtyř 12 m automatických teleskopů, hledajících zdroje vysokorychlostního gama záření s energiemi 0,1 až 10 TeV, umístili vědci z Max Planck Institutu na náhorní plošině Khomas v Gamsbergu (Namibie). Sběrná plocha každého zrcadla je 107 m2, zorné pole má průměr 5° a v ohnisku je umístěno 960 fotonásobičů. Teleskopy jsou umístěny ve vrcholech čtverce o straně 120 m. Zkratka má připomínat rakouského fyzika Viktora Franze Hesse (1883 - 1964), který objevil v roce 1912 kosmické záření (Nb 1936). Na projektu HESS se podíleli i čeští vědci (na teoretické části výzkumu spolupracují fyzikové z Karlovy university a zrcadla pocházejí z Vývojové optické dílny v Turnově).

„Je ironií, že naše galaktická centrální černá díra sice nevyhazuje do svého okolí plazmu hyperrelativistickou rychlostí, ale můžeme pomocí našeho objevu nepřímo vysvětlit, proč nejmohutnější černé díry, včetně kvasarů, produkují obrovské výtrysky dosahující až mezigalaktických rozměrů. Stejné částice se určitě vyskytují ve všech systémech černých děr, i když na počátku vesmíru měly mnohem větší energii,“ řekl Melia.

Jen 31 % z 222 000 zkoumaných drah protonů vytvořilo gama záření do vzdálenosti 10 sv.l. od černé díry. Dalších 69 % uniklo do větších vzdáleností, kde už bylo pravděpodobně gama záření příliš ovlivňováno jinými srážkami.

Zvětšit obrázek

Systém 4 dalekohledů H.E.S.S. (Namibie). Kredit: HESS Collaboration

„Astronomové budou pozorovat vysokoenergetické paprsky gama záření (very-high energy gamma-rays) z vnitřních oblastí Galaxie,“ řekl Ballantyne. „Je možné, že tyto emise způsobují urychlené protony v blízkosti centrální černé díry."

Zdroj:
http://www.sciencedaily.com/releases/2007/02/070227171005.htm