Úvodní strana  >  Články  >  Ostatní  >  Dva prstence kolem černých děr? Mohla by za ně skrytá hmota!

Dva prstence kolem černých děr? Mohla by za ně skrytá hmota!

Umělecká představa superhmotné černé díry v centru galaxie NGC 3783. Vnitřní akreční disk obklopuje vnější slabší prstenec hmoty.
Autor: Zdroj: ESO/M. Kornmesser

Astrofyzikální proGResy z Opavy: Opavští fyzikové ve spolupráci se zahraničními vědci studují doposud nevysvětlené vlastnosti proměnného rentgenového záření pocházejícího z blízkosti superhmotných černých děr. Závěry nového výzkumu vědce vedou mimo jiné také k zajímavým informacím o rozložení a interakci doposud málo probádané skryté hmoty ve vesmíru. Jedním z důsledků výzkumu je možná existence dvou oddělných disků kolem superhmotných černých děr, což by obrazně mohlo připomínat rozložení prstenců u velkých planet Sluneční soustavy.

Doposud nevysvětlené záření

Vědci z Fyzikálního ústavu v Opavě v průběhu posledních let vyhodnocují oscilace rentgenového záření v okolí černých děr, které mj. pomohlo k určení hmotnosti jedné ze superhmotných děr nacházejících se v centrech galaxií. Podrobná analýza tohoto záření poukazuje na skutečnost, že u nejhmotnějších sledovaných objektů se pozorované frekvence oscilací tohoto záření významně liší od toho, co vědci předpokládají na základě modelů, jež velmi dobře korespondují se stejným typem oscilací záření u pozorovaných „malých“ černých děr vzniklých kolapsem hmotných hvězd.

Vědecká skupina profesora Stuchlíka se v poslední době intenzivně zabývá vlivem skryté hmoty v okolí supermasivních černých děr na tzv. oscilace akrečních struktur v jejich okolí, jež se podepisují na charakteru rentgenového záření přicházejícího z těchto struktur. „Při pozorovaní záření z horké hmoty tzv. akrečních disků obíhajících černé díry sledujeme dvě zesílené frekvence záření. To je emitováno z blízkého okolí tzv. horizontu událostí. Zajímavé je, že obě frekvence mají celočíselný poměr, nejčastěji 3:2,“ popisuje velice zajímavé vlastnosti tohoto záření doktor Vrba z Fyzikálního ústavu v Opavě, spoluautor jedné z vědeckých prací. Jedním z důsledků tohoto výzkumu byly rovněž úvahy o existenci červích děr a paralelních vesmírech. Tato nová vědecká cesta otevírá dveře k lepšímu mapování rozložení záhadné skryté hmoty (nebo také „temné hmoty“).

Neznámá skrytá hmota

Ačkoliv se astronomové věnují výzkumu vesmíru už celá staletí, více než 95 % složení vesmíru je nám dosud neznámé. Předpokládá se, že 68 % tvoří skrytá energie a zbývajících 27 % neznámého složení představuje skrytá hmota (někdy označovaná také jako „temná hmota“ z angl. „dark matter“). Je známo, že tato komponenta ve vesmíru opravdu existuje, a to kvůli řadě jinak nevysvětlitelných jevů, například z rozporuplného pozorování rychlostí rotace galaxií. Na to upozorňovali už v roce 1932 nizozemský astronom Jan Oort (1900–1992) a v roce 1933 švýcarsko-americký astronom s českými kořeny Fritz Zwicky (1898–1974). Na rozdíl od skryté energie není skrytá hmota rozložena v prostoru rovnoměrně.

Díky své gravitaci tvoří skrytá hmota shluky podobně jako ta viditelná, která je k těmto strukturám také přitahována. Některé novější výzkumy ukazují, že by přítomnost skryté hmoty mohla mít vliv na tzv. polarizaci mikrovlnného záření přítomného ve vesmíru. Předpokládá se, že tento jev způsobují hypotetické částice zvané axiony. Ale jinak nikdo nemá tušení, jakou mají tyto částice povahu či podobu. Existují pouze domněnky, které se bez lepší pozorovací technologie mohou jen těžko potvrdit či vyvrátit. Zatímco odpovědi o složení skryté hmoty se snaží rozluštit projekt CREDO (do něhož se může zapojit každý s chytrým telefonem), informace o detailnějším rozložení této hmoty přináší nový výzkum opavských fyziků.

Simulace galaktických nadkup, jejichž struktury ovlivňuje skrytá hmota ve vesmíru. Umělecká představa Autor: Springel et al. (Virgo Consortium)
Simulace galaktických nadkup, jejichž struktury ovlivňuje skrytá hmota ve vesmíru. Umělecká představa
Autor: Springel et al. (Virgo Consortium)

Velké množství skryté hmoty

„Zaměřili jsme se na superhmotné černé díry. Právě nesoulad astronomických pozorování s teoretickými hodnotami očekávanými v okolí těchto černých děr nás dovedl k myšlence, že zde může hrát velkou roli právě skrytá hmota. Je to celkem logické, neboť skrytou hmotu pozorujeme pouze díky jejím gravitačním účinkům a podle pozorování se nachází ve velkém množství ve většině galaxií ve vesmíru. Kde jinde bychom ji tedy měli očekávat více než právě v okolí superhmotných černých děr uprostřed galaxií, kde je soustředěná největší hmotnost,“ popisuje Vrba.

Jak se ukazuje, skrytá hmota je okolo černých děr rozložena v nemalém množství. „Pokud bychom uvažovali rozložení hmoty do vzdáleností nějakých 50 poloměrů dané černé díry, přičemž za okraj černé díry se považuje její horizont událostí, naše výpočty ukazují, že v takovém okolí je rozložena skrytá hmota o hmotnosti 20–200 procent dané černé díry! Jen pro příklad – kdyby uprostřed Sluneční soustavy byla černá díra, která se nachází v centru naší Galaxie, svým průměrem by zasahovala do čtvrtiny vzdálenosti k Merkuru a skrytá hmota rozložená v zóně až po dráhu Jupiteru by měla hmotnost až 8 milionů Sluncí!“ upřesňuje Vrba.

Černé díry s prstenci

Důsledkem této práce je také předpověď, že superhmotné černé díry mohou mít prstence podobně jako velké planety. „Právě díky skryté hmotě vyvolávající gravitační poruchy běžného prostoročasu černé díry může za určitých okolností dojít ke vzniku dvou oddělených akrečních disků, přičemž z vnějšího disku může padat hmota na vnitřní, ale z vnitřního disku na černou díru už nikoliv. Samozřejmě tato stabilita je jen dočasná, dokud množství nakumulované hmoty neporuší podmínky stability systému. Dalo by se to přirovnat k mezerám v prstencích v okolí velkých planet způsobených gravitačními účinky měsíců v okolí,“ dodává Vrba s tím, že to výrazně mění pohled na černé díry tak, jak je doposud prezentujeme v nejrůznějších videích i obrázcích. Právě vlastnosti těchto prstenců by pak měly být dalším vodítkem ke zpřesnění rozložení skryté hmoty nejen kolem černých děr samotných, ale i ve větších škálách v centrech galaxií. Jedním dechem však dodává, že takové „prstence“ zatím nejsme schopni se současnou technologií pozorovat.

Kontakty a další informace:

RNDr. Jaroslav Vrba, Ph.D.
Vědecký pracovník Fyzikálního ústavu SU v Opavě
Email: jaroslav.vrba@physics.slu.cz
Telefon: +420 605 484 525

prof. RNDr. Zdeněk Stuchlík, CSc.
Ředitel Fyzikálního ústavu SU v Opavě
Email: zdenek.stuchlik@physics.slu.cz

Bc. Lucie Dospivová
Sekretariát ředitele Fyzikálního ústavu v Opavě
Email: lucie.dospivova@physics.slu.cz
Telefon: +420 553 684 267

Mgr. Petr Horálek
PR výstupů evropských projektů FÚ SU v Opavě
Email: petr.horalek@slu.cz
Telefon: +420 732 826 853

doc. RNDr. Gabriel Török, Ph.D.
Garant evropského projektu HR Award
Email: gabriel.torok@physics.cz
Telefon: +420 737 928 755

Původní vědecká práce: https://arxiv.org/pdf/2208.02612.pdf

Související tiskové zprávy:

[1] Zapojte se s opavskými fyziky do hledání tajemné látky ve vesmíru
[2] Záhadné záření přivádí opavské fyziky k úvahám o paralelních vesmírech
[3] Opavští fyzikové objevili superhmotnou černou díru




O autorovi

Štítky: Astrofyzikální proGResy z Opavy, Skrytá hmota, Temná hmota, Skrytá látka, Černá díra


35. vesmírný týden 2025

35. vesmírný týden 2025

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 25. 8. do 31. 8. 2025. Měsíc po novu se koncem týdne objeví na večerní obloze. Ráno můžeme pozorovat všechny planety kromě Marsu. Aktivita Slunce se možná zvýší. SpaceX se chystá k 10. testu Super Heavy Starship. První stupeň Falconu 9 se chystá k 30. znovupoužití. Tato raketa má letos za sebou již více než 100 startů a v uplynulém týdnu vynesla i vojenský miniraketoplán X-37b a nákladní loď Dragon na misi CRS-33 k ISS. Před 50 lety zazářila v souhvězdí Labutě poměrně jasná nová hvězda, nova V1500 Cygni.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Temná mlhovina Barnard 150

Titul Česká astrofotografie měsíce za červenec 2025 obdržel snímek „Temná mlhovina Barnard 150“, jehož autorem je astrofotograf Václav Kubeš       Dávno, opravdu dávno již tomu. Někdy v době, kdy do Evropy začali pronikat Slované a začala se formovat Velkomoravská říše, v době, kdy Frankové

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

IC 1396 Sloní chobot

IC 1396 je veľká emisná hmlovina v súhvezdí Cefea. Nachádza sa pod spojnicou hviezd alfa a zéta Cephei a je v nej aj premenná hviezda Erakis. Hmlovina zaberá oblasť s priemerom niekoľko stoviek svetelných rokov a jej svetlo k nám letí asi 3 000 rokov. Na nočnej oblohe je jej zdanlivý priemer desaťkrát väčší ako priemer Mesiaca v splne, čo je 170´ (5°). Má celkovú magnitúdu 3,0, ale je taká roztiahnutá, že voľným okom nemáme šancu ju vidieť. Hmotnosť hmloviny je odhadovaná na 12 000 hmotností Slnka. Hmlovinu vzbudzuje k žiareniu najmä veľmi hmotná a veľmi mladá hviezda HD 206267 v strede oblasti. Hviezdu obklopujú ionizované mraky vytvárajúce okolo nej vo vzdialenosti 80 až 130 svetelných rokov prstencový útvar. Sú to zvyšky molekulárneho mraku, z ktorého sa zrodila hviezda HD 206267 a ďalšie hviezdy v tejto oblasti, ktoré spolu tvoria hviezdokopu s označením Tr37. Ďalej od centrálnej hviezdy sú pásma tmavého a chladného materiálu. Známou časťou hmloviny je obrovský tmavý molekulárny mrak pomenovaný hmlovina Sloní chobot. Jej tvar vymodeloval hviezdny vietor z HD 206267. Vybavenie: SkyWatcher NEQ6Pro, GSO Newton astrograf 200/800 (200/600 F3), Starizona Nexus 0.75x komakorektor, Touptek ATR585M, AFW-M, Touptek LRGBSHO filtre, Gemini EAF focuser, guiding TS Off-axis + PlayerOne Ceres-C, SVBony 241 power hub, automatizovaná astrobúdka s mojím vlastným OCS (observatory control system). Software: NINA, Astro pixel processor, GraXpert, Pixinsight, Adobe photoshop Lights 65x120sec. R, 63x120sec. G, 52x120sec. B, 120x60sec. L, 186x600sec Halpha, 112x600sec.+18x900sec. O3, 144x600sec. S2, master bias, flats, master darks, master darkflats Gain 150, Offset 300. 9.6. až 23.8.2025 Belá nad Cirochou, severovýchod Slovenska, bortle 4

Další informace »