Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Astronomové byli svědky zrození černé díry střední velikosti

Astronomové byli svědky zrození černé díry střední velikosti

Umělecké ztvárnění představy binární černé díry krátce před vzájemnou kolizí
Autor: Mark Myers, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), Australian National

Astronomové využívající dvojici amerických detektorů gravitačních vln LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) umístěných v Livingstonu (stát Luisiana) a v Hanfordu (stát Washington), a také italský detektor Virgo poblíž města Pisa, detekovali gravitační vlny generované při splynutí nejhmotnější doposud pozorované dvojice černých děr. Dvě rotující černé díry splynuly, když vesmír byl starý pouhých 7 miliard roků, což je zhruba polovina jeho současného věku. Při srážce vytvořily černou díru o hmotnosti 142× větší, než je hmotnost Slunce – tzv. černou díru střední velikosti.

Astronomové vědí, že černé díry hvězdné velikosti – tj. černé díry o hmotnosti v rozmezí 10 až 100 hmotností Slunce – jsou pozůstatky umírajících hvězd a že supermasivní černé díry, jejichž hmotnosti dosahují až několika miliard hmotností Slunce se nacházejí v centrech většiny velkých galaxií.

Avšak několik domnělých černých děr mnohem záhadnějšího typu je rozptýleno napříč celým vesmírem. S hmotnostmi v rozmezí 100 až 10 000 slunečních hmotností se jedná o černé díry střední velikosti. To je ale velmi obtížné změřit, takže jejich existence byla občas zpochybňována.

Konečná hmotnost nově vytvořené černé díry byla 142 hmotností Slunce. Vznikla při nově objeveném splynutí dvojice černých děr a svou hmotností leží uvnitř rozmezí hmotností pro černé díry střední velikosti. Nachází se tedy mezi hvězdnými a supermasivními černými dírami.

Od samého začátku tento signál, který je pouze desetinu sekundy dlouhý, nás vyzýval k identifikaci jeho původu,“ říká profesorka Alessandra Buonanno, vědecká pracovnice University of Maryland a Max Planck Institute for Gravitational Physics. „Avšak navzdory jeho krátkému trvání jsme byli schopni dát dohromady indicie o předpokládaném splynutí černých děr, jak předpovídá Einsteinova obecná teorie relativity a uvědomili jsme si, že jsme byli vůbec poprvé svědky zrození černé díry střední velikosti ze dvou původních černých děr, které se s největší pravděpodobností zrodily z dřívějšího splynutí binární černé díry.“

Umělecké ztvárnění ilustruje hierarchické schéma pro splynutí černých děr Autor: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)
Umělecké ztvárnění ilustruje hierarchické schéma pro splynutí černých děr
Autor: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)
Signál gravitačních vln, který obdržel pojmenování GW190521, byl detekován 21. května 2019 v 03:02:29 UTC. Při úkazu došlo ke splynutí dvou černých děr, jejichž hmotnosti 85× a 66× převyšovaly hmotnost Slunce. Zhruba 9 hmotností Slunce původní dvojice se vyzářilo právě v podobě gravitačních vln.

Hmotnost větší černé díry ve dvojici ji řadí do oblasti, kde je její vznik ´nemožný´ vzhledem k obvyklým astrofyzikálním procesům,“ říká profesor Peter Shawhan, vědecký pracovník na University of Maryland. „Zdá se příliš hmotná na to, aby vznikla na základě kolapsu hvězdy, což je situace, jak hvězdné černé díry všeobecně vznikají.“

Tato ´nemožná´ černá díra vznikla v důsledku kolize černých děr, jejichž důsledkem jsou objekty o hmotnostech 100× až 1 000× větších, než je hmotnost Slunce, které jsou velmi zřídkavé,“ dodává profesorka Susan Scott, výzkumná pracovnice na ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) at the Australian National University.

Jsme velice vzrušeni, že jsme dokázali vůbec poprvé přímo pozorovat černou díru střední velikosti v uvedeném rozsahu hmotností. Viděli jsme také, jak se zformovala, což potvrzuje, že černé díry střední velikosti mohou vzniknout splynutím dvou menších černých děr.“

Signál GW190521 podobající se nejspíše čtyřem krátkým záchvěvům, byl extrémně krátký v době trvání – trval méně než jednu desetinu sekundy.

Zdroj signálu GW190521 je nejvzdálenějším zdrojem gravitačních vln, který byl doposud detekován.

To nevypadá stejně jako cvrlikání, které jsme typicky detekovali,“ říká Nelson Christensen, vědecký pracovník na French National Centre for Scientific Research. „Je to spíše něco, co udělá ´bang´. Však taky šlo o nejmasivnější signál z aparatury LIGO a Virgo, jaký jsme viděli.“

S použitím Zwicky Transient Facility astronomové možná vypátrali světelné vzplanutí z kolize GW190521. To je překvapující, protože černé díry a jejich splynutí jsou obvykle neviditelné pro dalekohledy. Jedna z teorií je, že systém možná obíhal kolem supermasivní černé díry.

Nově vytvořená černá díra možná obdržela „nakopnutí“ v důsledku kolize a doslova vystřelila v novém směru skrz plynný disk obklopující supermasivní černou díru, což mělo za následek vznik intenzivního záření.

Je zde množství rozmanitého prostředí, ve kterém se tento systém dvou černých děr mohl vytvořit a plynný disk obklopující supermasivní černou díru je jedním z nich,“ říká Vaishali Adya, postgraduální vědecký pracovník v ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) at the Australian National University. „Avšak je rovněž možné, že tento systém se skládal ze dvou primordiálních černých děr, které se zformovaly v mladém vesmíru.“

Všechna pozorování kolidujících dvou černých děr, která jsme provedli, nám dávají nové a překvapivé informace o životě černých děr v celém vesmíru. Začínáme objevovat hmotnostní mezery černých děr dříve zvažované, včetně ´nemožných´ černých děr, které byly odhaleny prostřednictvím naší detekce.“

Objevy byly publikovány ve dvou článcích v časopisech Physical Review Letters a Astrophysical Journal Letters.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] sci-news.com
[2] scitechdaily.com

Převzato: Hvězdárna Valašské Meziříčí



O autorovi

František Martinek

František Martinek

Narodil se v roce 1952. Na základní škole se začal zajímat o kosmonautiku, později i o astronomii. V roce 1978 nastoupil na Hvězdárnu Valašské Meziříčí na pozici odborného pracovníka, kde v různých funkcích pracoval až do konce února 2014. Věnoval se především popularizační a vzdělávací činnosti. Od roku 2003 publikuje krátké články o novinkách v astronomii a kosmonautice na stránkách www.astro.cz. I po odchodu do důchodu spolupracuje s valašskomeziříčskou hvězdárnou a podílí se na přípravě obsahu stránek www.astrovm.cz. Ve volném čase se věnuje rekreační turistice.

Štítky: Splynutí černých děr, LIGO, Zdroj gravitačních vln GW190521, Gravitační vlny


40. vesmírný týden 2020

40. vesmírný týden 2020

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 28. 9. do 4. 10. 2020. Měsíc bude v úplňku. Večer jsou nízko nad jihem Jupiter a Saturn, po půlnoci je velmi vysoko nad jihovýchodem Mars a nad ránem je vidět jasná Venuše. Aktivita Slunce je nízká. Minulý týden přinesl jen jediný, ale úspěšný, start čínské rakety. V tomto týdnu by mohla přijít startovací nálož až se třemi nebo dvěma starty denně. Před 100 lety se narodil italský inženýr Bepi Colombo, který navrhl gravitační manévry u planet (cesta k Merkuru kolem Venuše) a jmenuje se po něm evropská sonda k nejmenší planetě.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Expedícia Perzeidy 2020

Titul Česká astrofotografie měsíce za srpen 2020 získal snímek „Expedícia Perzeidy 2020“, jehož autorem je Robert Barsa   Slzy svatého Vavřince. Pravděpodobně jste toto pojmenování někdy slyšeli. Kdo byl svatý Vavřinec a proč o něm píšeme v tomto textu? Každý rok, okolo

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Saturn

Foceno v primárním ohnisku Canon eos dalekohled Bresser AR 152/760 mm

Další informace »