V loňském roce astronomové objevili klidnou černou díru ve vzdálené galaxii, která vybuchla po skartování a spotřebování předcházející hvězdy. Nyní vědci identifikovali výrazný rentgenový signál pozorovaný ve dnech následujících po výbuchu, který pochází z hmoty na pokraji pádu do černé díry.
Tento sdělovací signál, nazývaný kvazi-periodická oscilace nebo QPO, je charakteristickým rysem akrečních disků, které často obklopují nejkompaktnější objekty ve vesmíru - bílé trpasličí hvězdy, neutronové hvězdy a černé díry. QPO byly pozorovány v mnoha černých dírách s hvězdnou hmotností a existuje několik důkazů o nich v několika černých dírách, které mohou mít hmotnost střední hmotnosti 100 až 100 000krát větší než Slunce.
Až do nového nálezu byly QPO detekovány pouze u jedné supermasivní černé díry - typu obsahujícího miliony solárních hmot a umístěných ve středu galaxií. Tímto objektem je galaxie Seyfertova typu REJ 1034 + 396, která je ve vzdálenosti 576 milionů světelných let relativně blízko.
"Tento objev rozšiřuje náš dosah k nejvnitřnějšímu okraji černé díry, která se nachází ve vzdálenosti miliard světelných let, což je opravdu úžasné." To nám dává příležitost prozkoumat povahu černých děr a vyzkoušet Einsteinovu relativitu v době, kdy byl vesmír velmi odlišný od dneška, “řekl Rubens Reis, postgraduální člen Einsteinské univerzity na Michiganské univerzitě v Ann Arbor. Reis vedl tým, který odkryl signál QPO pomocí dat z obíhajících rentgenových dalekohledů Suzaku a XMM-Newton, což je zjištění popsané v článku publikovaném dnes v Science Express.
X-ray zdroj známý jako Swift J1644 + 57 - po svých astronomických souřadnicích v souhvězdí Draco - byl objeven 28. března 2011 satelitem NASA Swift. Původně se předpokládalo, že jde o běžnější typ výbuchu, který se nazývá výbuch gama paprsků, ale jeho postupné vyblednutí neodpovídalo ničemu, co bylo předtím vidět. Astronomové se brzy sblížili s myšlenkou, že to, co viděli, bylo následkem skutečně mimořádné události - probuzení spící černé díry vzdálené galaxie, když se rozbíjely a šplhaly kolem předcházející hvězdy. Galaxie je tak daleko, že světlo z události muselo cestovat 3,9 miliardy let, než dosáhlo Země.
Informace o videu: 28. března 2011 detekoval Swift NASA intenzivní rentgenové světlice, které byly způsobeny černou dírou pohlcující hvězdu. V jednom modelu, zde znázorněném, se hvězda podobná slunci na excentrické oběžné dráze vrhá příliš blízko centrální černé díry galaxie. Přibližně polovina hmoty hvězdy přivádí kolem černé díry akreční disk, který zase pohání paprsek částic, který paprskuje záření směrem k Zemi. Kredit: NASA Goddard Space Flight Center / Conceptual Image Lab
Hvězda zažila intenzivní příliv, když dosáhla svého nejbližšího bodu k černé díře a byla rychle roztrhána. Část jeho plynu klesla k černé díře a kolem ní vytvořil disk. Nejvnitřnější část tohoto disku byla rychle zahřátá na miliony stupňů, dostatečně horká, aby vyzařovala rentgenové paprsky. Současně prostřednictvím procesů, které ještě nejsou zcela pochopeny, opačně nasměrované trysky kolmé k disku vytvořenému poblíž černé díry. Tyto trysky tryskaly materiál směrem ven rychlostí vyšší než 90 procent rychlosti světla podél osy rotace černé díry. Jedna z těchto trysek právě směřovala přímo na Zemi.
Devět dní po výbuchu pozorovali Reis, Strohmayer a jejich kolegové Swift J1644 + 57 pomocí rentgenového satelitu Suzaku provozovaného Japonskou agenturou pro průzkum vesmíru za účasti NASA. Asi o deset dní později zahájili delší monitorovací kampaň pomocí observatoře XMM-Newton Evropské vesmírné agentury.
"Protože hmota v proudu se pohybovala tak rychle a byla téměř zahnutá do zorného pole, účinky relativity posílily její rentgenový signál natolik, že jsme mohli zachytit QPO, což by jinak bylo obtížné detekovat v tak velké vzdálenosti." , “Řekl Tod Strohmayer, astrofyzik a spoluautor studie v Goddardově vesmírném letovém centru NASA v Greenbeltu, Md.
Jako horký plyn v nejvnitřnější diskové spirále směrem k černé díře, dosahuje bodu, který astronomové označují jako nejvnitřnější stabilní oběžnou dráhu (ISCO). Jakákoli blíž k černé díře a plyn se rychle vrhne do horizontu události, bod návratu. Vnitřní spirálovitý plyn má sklon hromadit se kolem ISCO, kde se ohřívá a ohřívá záplavu rentgenových paprsků. Jas těchto rentgenových paprsků se mění ve vzorci, který se opakuje v téměř pravidelném intervalu a vytváří signál QPO.
Data ukazují, že QPO Swift J1644 + 57 cykloval každých 3,5 minuty, což umístilo jeho zdrojovou oblast mezi 2,2 a 5,8 miliónů mil (4 až 9,3 miliónů km) od středu černé díry, přesná vzdálenost závisí na rychlosti černé díry se točí. Abychom to uvedli v perspektivě, maximální vzdálenost je pouze asi 6krát větší než průměr našeho slunce. Vzdálenost od oblasti QPO k horizontu události také závisí na rychlosti rotace, ale pro to, co umožňuje rotace černé díry při teorii maximální rychlosti, je horizont právě uvnitř ISCO.
"QPO nám zasílají informace od samého okraje černé díry, kde se účinky relativity stávají nejextrémnějšími," řekla Reis. "Schopnost získat nahlédnutí do těchto procesů v tak velké vzdálenosti je opravdu krásný výsledek a drží velký slib."
Titulek hlavního obrázku: Tento obrázek vyzdvihuje hlavní rysy modelu Swift J1644 + 57 a shrnuje to, co o něm astronomové objevili. Kredit: NASA Goddard Space Flight Center
