Černá díra - (jakou rychlostí rotují černé díry?)

Chandra poskytla jeden z dosud nejlepších důkazů, že mnoho supermasivních černých děr rotuje extrémně rychle. Při otáčení těchto obřích černých děr vznikají mohutné výtrysky. Tyto jety odčerpávají černé díře obrovské množství energie, odnášejí ji do svého okolí a tím ovlivňují růst galaxie.

Zvětšit obrázek

Rodrigo Nemmen (UFRGS, Porto Alegre, Brazílie), postgraduální student (Penn State University, USA).

Tým vědců srovnával nejnovější teorie vzniku a fungování výtrysků (jetů) vytvořených rotující superhmotnou černou dírou s daty, které pořídila rentgenová kosmická observatoř Chandra (NASA). V devíti pozorovaných případech se ukázalo, že obří galaxie s velkými poruchami v obklopujícím horkém plynu, mají v centrální oblasti extrémně rychle rotující černé díry.

Zvětšit obrázek

„Myslíme si, že tyto obrovské černé díry rotují maximální možnou rychlostí blízkou hodnotě, kterou stanovuje Einsteinova teorie relativity. Znamená to, že materiál kolem nich se pohybuje rychlostí blížící se rychlosti světla,“ řekl Rodrigo Nemmen (Pennsylvania State University), vedoucí výzkumu.

Výsledky presentoval 10. ledna v Austinu na 211. konferenci AAS (American Astronomical Society meeting in Austin, Texas, 7. – 11. ledna 2008).

„Podmínky kolem nehybných černých děr jsou extrémní, ale kolem rychle rotujících děr musí být ještě horší,“ dodal Nemmen.

Výsledky výzkumu potvrzují předchozí nepřímé důkazy, které rovněž naznačovaly, že některé černé díry rotují velmi rychle. Podle Einsteinovy teorie rychle rotující černá díra způsobí, že se „roztočí“ samotný vesmír. Tento efekt je spojený s prouděním plynu, který po spirále „teče“ směrem k černé díře (akreční disk). Vzniklá rotace může způsobit vytvoření „vertikální věže“ magnetického pole, která bude část přitékajícího galaktického plynu „odnášet“ do velkých vzdálenosti od černé díry – vzniknou tzv. energetické, vysokorychlostní výtrysky (jety), sahající do vzdálenosti několika miliónů světelných let.

 Zvětšit obrázek

Počítačové simulace dalších autorů ukazují, že černé díry mohou získat rychlou rotaci i při splynutí galaxií nebo během narůstání z okolního plynu.

„Extrémně rychlá rotace by se u velkých černých děr mohla vyskytovat běžně,“ řekl spoluautor Richard Bower (Durham University, Velká Británie). „Pomohlo by to vysvětlit původ těchto neuvěřitelných jevů, které se táhnou napříč vesmírem do enormně velkých vzdáleností.“

Jeden podstatný důsledek to má – mohutné výtrysky černých děr v centrech galaxií mohou přenášet obrovská množství energie a tím zahřívat plyn ve svém okolí. Toto teplo pak zabraňuje ochlazování galaktického plynu, to ovlivňuje rychlost formování nových hvězd, čímž je dána i velikost centrální části galaxie. Pochopení detailů této uzavřené smyčky regulující vztah mezi supermasivními černými dírami a vznikem nejhmotnějších galaxií, zůstává důležitým úkolem pro astrofyziky.

Pramen: https://chandra.harvard.edu/photo/2008/bh_spin/

Ilustrace supermasívní černé díry v centru galaxie. Plyn se  pohybuje po spirále směrem k černé díře  a při tom se zahřívá (barvy od červené přes žlutou po bílou představují teplotu). Většinu plynu „spolkne“ černá díra, ale část ho „odhazuje“ pryč. Odmrštění se děje téměř rychlosti světla, vznikají jety. Další dva obrázky ukazují celou oblast galaxie, ze které je plyn přitahován k černé díře. Jde o oblast asi miliónkrát větší než je horizont černé díry. Poslední ilustrace ukazuje obří dutiny vytvořené jety z černé díry v horkém galaktickém plynu.
Kredit: NASA/CXC/M.Weiss

Rentgenové snímky pořídila Chandra. Čtyři z devíti zkoumaných velkých galaxií, které obsahují v centru supermasívní extrémně rychle rotující černou díru. Dobře jsou patrné dvojice obřích bublin (dutin) v horkých plynných atmosférách galaxií. Vytvořily je výtrysky produkované centrální supermasívní černou dírou. Studium těchto dutin dovoluje vypočítat „výkon“ jetů a tím porovnat pozorování s teoretickými modely. 
Kredit: NASA/CXC/UFRGS/R.Nemmen et al.

 

Zvětšit obrázek

Supermasívní černá díra v centru galaxie (ilustrace). Plyn se pohybuje po spirále směrem k černé díře a při tom se zahřívá (barvy od červené přes žlutou po bílou představují teplotu). Většinu plynu pohltí černá díra, malou část odhodí rychlosti světla. Kredit: NASA/CXC/M.Weiss

Zvětšit obrázek

Nasávací oblast je asi miliónkrát větší než je horizont černé díry (ilustrace). Kredit: NASA/CXC/M.Weiss

Zvětšit obrázek

Rentgenový snímek galaxie 4472 (Chandra, 12. 6. 2000), leží ve vzdálenosti 55 miliónů sv.l. v souhvězdí Panny. Hmotnost centrální černé díry je 0,7 miliard hmotností Slunce. Kredit: NASA/CXC/UFRGS/R.Nemmen et al.