Nejtěžší hvězdná černá díra

Uvedená černá díra se nachází v galaxii M 33, což je poměrně blízká galaxie v souhvězdí Trojúhelníku. Od Země je vzdálená necelé 3 milióny světelných roků. Na základě vyhodnocení dat z rentgenové družice Chandra X-ray Observatory (NASA) a z pozemního dalekohledu Gemini Telescope (Mauna Kea, Havajské ostrovy) byla hmotnost černé díry určena na 15,7 hmotností Slunce. Jedná se o nejhmotnější hvězdnou černou díru, jaká byla doposud pozorována. Takovéto černé díry vznikají zhroucením (kolapsem) masivní hvězdy v závěrečné fázi života.

Černá díra, jež obdržela označení M33 X-7, obíhá kolem obří hvězdy, která ji zakrývá jednou za 3,5 dne. Druhá složka dvojhvězdy má rovněž nezvykle vysokou hmotnost – 70krát převyšuje hmotnost Slunce. To z ní dělá nejtěžší složku dvojhvězdy, obsahující černou díru.

„Tato obrovská hvězda je partnerem obří černé díry,“ říká jeden z autorů publikovaného článku Jeffrey McClintock (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts). „Průvodce černé díry nakonec rovněž vybuchne jako supernova a stane se z ní černá díra – vznikne tak dvojhvězda, obsahující dvě černé díry.“

Vlastnosti binárního systému M33 X-7 – masivní černé díry, obíhající v malé vzdálenosti kolem hmotného hvězdného průvodce – je obtížné studovat pomocí tradičních modelů vývoje hmotných hvězd. Mateřská hvězda, ze které se černá díra vytvořila, musela mít původní hmotnost větší než její průvodce, aby mohla vzniknout černá díra dříve, než se totéž stane u jejího současného průvodce (hmotnější hvězdy se vyvíjejí rychleji). Tak hmotná hvězda by měla poloměr větší, než je současná vzdálenost mezi oběma hvězdami, takže hvězdy zřejmě sdílely společně vnější atmosféru. To však má za následek velké množství hmoty, unikající ze systému – tak velké množství, že mateřská hvězda by neměla být schopná vyprodukovat černou díru o hmotnosti 15,7 hmotnosti Slunce.

Předchůdce (progenitor) černé díry musel tedy ztrácet plyn před její explozí rychlostí zhruba 10krát nižší, než předpovídaly teoretické modely. Jestliže dokonce ještě hmotnější hvězdy ztrácejí velmi málo materiálu, mohlo by to objasnit neuvěřitelnou svítivost nedávno pozorované supernovy SN 2006gy. U předchůdce supernovy SN 2006gy se předpokládá jeho původní hmotnost zhruba 150 hmotností Slunce krátce před explozí.

„Hmotné hvězdy mohou být mnohem méně marnotratné ke konci svého života, než si astronomové mysleli,“ říká Jerome Orosz (San Diego State University). Spoluautor článku Wolfgang Pietsch využil pozorování družice Chandra a prohlásil, že M33 X-7 je první černá díra v binární soustavě, pozorovaná během zákrytu. Povaha zákrytů umožnila nezvykle přesné určení hmotnosti černé díry a jejího průvodce. „Protože zde dochází k vzájemným zákrytům a protože zde existují takovéto extrémní podmínky, tato černá díra je neuvěřitelným testem pro astrofyzikální výzkum,“ říká Pietsch.

Délka zákrytu, pozorovaná družicí Chandra, poskytuje informace o velikosti souputníka černé díry. V poměru s dobou oběhu průvodce, odvozenou z pozorování pomocí dalekohledu Gemini, byly vypočítány hodnoty hmotnosti černé díry a jejího průvodce.

Velký modrý objekt uprostřed obrázku je obří hvězda o hmotnosti 70krát převyšující hmotnost Slunce, kolem níž obíhá černá díra. Její hmotnost dosahuje téměř 16 hmotností Slunce, což je dosavadní rekord mezi černými dírami hvězdného původu. Takové černé díry vznikají zhroucením masivní hvězdy na konci jejího života. Astronomové znají ještě tzv. supermasivní černé díry, které jsou usazeny v jádrech galaxií – jejich hmotnosti se pohybují v miliónech hmotností Slunce.

Černou díru na kresbě (vpravo od modrého obra) obklopuje oranžový disk. Jedná se o zachycený materiál, který v podobě hvězdného větru uniká z obří hvězdy a který byl vymeten na oběžnou dráhu kolem černé díry. Místo toho, aby materiál z obří hvězdy unikl do okolního prostoru, je zachytáván obrovskou gravitací černé díry. Tato gravitace rovněž způsobuje turbulence a vlny v hvězdném větru za okrajem disku kolem černé díry. Samotná obří hvězda je také zdeformována gravitací černé díry. Hvězda je poněkud protažená směrem k černé díře, což způsobuje nižší hustotu v této oblasti.

Vložený malý obrázek v levém spodním rohu ukazuje souhrnná data z astronomické družice Chandra X-ray Observatory (modrá barva) a z Hubblova kosmického dalekohledu HST. Jasné objekty na vloženém obrázku jsou mladé masivní hvězdy v okolí objektu M33 X-7, modré světlo je rentgenové záření, pocházející z objektu M33 X-7, které bylo registrováno družicí Chandra. Pozorované změny tohoto záření prozrazují, jak dlouho je černá díra zakrývána obří hvězdou, z čehož lze vypočítat její průměr. Pozorování pomocí dalekohledu Gemini odhalila vzájemný oběžný pohyb obří hvězdy a černé díry, což umožnilo určit hmotnost obou členů dvojhvězdy. Další pozorování vlastností dvojhvězdy mohou pomoci upřesnit odhady hmotnosti jak černé díry, tak jejího průvodce.

Zdroj: www.nasa.gov
Převzato: Hvězdárna Valašské Meziříčí