Lovci černých děr zaznamenali rekord
Astronomové využívající dalekohled ESO/VLT identifikovali v cizí galaxii černou díru hvězdné hmotnosti, která je mnohem dále než všechny ostatní dosud známé objekty tohoto typu. Svou hmotností 15krát převyšuje Slunce a je tak druhou nehmotnější hvězdnou černou dírou, jaká byla zatím objevena. Objekt je navíc vázán v systému s další hmotnou hvězdou, která se v budoucnu také stane černou dírou.
Nově objevená černá díra se nachází ve spirální galaxii NGC 300 ve vzdálenosti asi 6 milionů světelných let od Země. "Jde o doposud nejvzdálenější hvězdnou černou díru, která byla ‚zvážena‘, a zároveň první nalezenou mimo Místní skupinu galaxií", říká Paul Crowther, profesor astrofyziky na univerzitě v Sheffieldu, který je hlavním autorem článku oznamujícího objev. Černá díra má navíc velmi neobvyklého průvodce. Je jím Wolf-Rayetova hvězda o hmotnosti 20krát převyšující Slunce. Wolf-Rayetovy hvězdy jsou objekty poblíž konce svého života, které těsně před tím, než explodují jako supernova a jejich jádro se zhroutí v černou díru, odvrhují do okolního prostoru své vnější obálky.
V roce 2007 zkoumal rentgenový satelit SWIFT (NASA) okolí nejjasnějšího zdroje rentgenového záření v galaxii NGC 300, který byl dříve objeven evropskou družicí XMM-Newton. "Zaznamenali jsme extrémně intenzivní periodické rentgenové emise, které byly známkou možné přítomnosti černé díry," vysvětluje členka týmu Stefania Carpano (ESA).
Díky novým pozorováním pomocí přístroje FORS2 na dalekohledu ESO/VLT astronomové tento předpoklad potvrdili. Ukázalo se, že černá díra a Wolf-Rayetova hvězda kolem sebe tancují 'pekelný kvapík' s periodou oběhu 32 hodin. Data též prozradila, že černá díra doslova odtrhává hmotu ze svého průvodce.
"Jde opravdu o ‘velmi blízký vztah’," poznamenává Robin Barnard. "Ve skutečnosti je záhadou, jak vlastně takto silně vázaný systém vůbec vznikl."
Dosud byl odhalen jen jeden podobný případ, i když systémy obsahující černou díru a obyčejnou hvězdu astronomům obecně nejsou neznámé. Naopak, na základě pozorování těchto dvojic byla odhalena souvislost mezi hmotností černých děr a chemickými vlastnostmi galaxií. "Zaznamenali jsme, že nejhmotnější hvězdné černé díry se nacházejí v menších galaxiích, s nižším obsahem těžkých prvků," říká Crowther [2]. "Větší galaxie s vyšším obsahem těžších prvků, jako třeba ta naše, úspěšně produkují pouze černé díry s nižší hmotností." Astronomové si myslí, že zvýšená koncentrace těžkých prvků ovlivňuje vývoj hvězd tím, že zvyšuje množství odvrhované hmoty. To ve výsledku vede k menší hmotnosti černé díry vzniklé závěrečným kolapsem.
Wolf-Rayetova hvězda ve sledovaném systému pravděpodobně za méně než milion let vybuchne jako supernova a stane se černou dírou. "Pokud systém tuto druhou explozi přežije, obě černé díry se nakonec slijí dohromady a uvolní přitom obrovské množství energie v podobě gravitačních vln [3]," uzavírá Crowther. Než k tomu ale dojde, může uplynout několik miliard let, což je trochu dlouho ve srovnání s lidským měřítkem času. "Naše práce však ukázala, že takové systémy mohou existovat; a ty, které se již dostaly do stádia 'černé dvojdíry', mohou být detekovány budoucími přístroji pro sledování gravitačních vln jako LIGO či Virgo [4]."
Poznámky
[1] Hvězdné černé díry jsou extrémně husté pozůstatky po kolapsu jádra velmi hmotných hvězd. Jejich hmotnosti se pohybují do dvacetinásobku hmotnosti Slunce. Supermasivní černé díry v centrech galaxií mají hmotnosti milion až miliardkrát vyšší. Dosud bylo nalezeno asi 20 černých děr s hvězdnými hmotnostmi.
[2] V astronomii jsou za ‚těžké prvky‘ či ‚kovy‘ považovány všechny chemické prvky těžší než helium.
[3] Gravitační vlny představují ‘čeření’ časoprostoru, předpovězěné Einsteinovou obecnou teorií relativity. Významné gravitační vlny jsou generovány kdykoliv dochází k rychlým časovým změnám silných gravitačních polí, například v procesu slévání černých děr. Detekce gravitačních vln, které dosud zaregistrovány nebyly, představuje jednu z největších výzev příštích desetiletí.
[4] Úkolem experimentů LIGO a Virgo je detekovat gravitační vlny pomocí interferometrů v Itálii a USA.
Další informace
Výzkum byl prezentován v časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society jako ‚letter‘ autorů P.A. Crowther a kol. pod názvem ‘NGC 300 X-1 is a Wolf-Rayet/Black Hole binary’.
Složení týmu: Paul Crowther a Vik Dhillon (University of Sheffield, VB), Robin Barnard a Simon Clark (The Open University, VB), Stefania Carpano a Andy Pollock (ESAC, Madrid, Španělsko).
ESO (Evropská jižní observatoř) je mezinárodní evropskou organizací pro astronomii. Jejími členy (14) jsou: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních dalekohledů, jenž zpřístupní astronomům významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli v astronomickém výzkumu a mezinárodní spolupráci. V současnosti provozuje světově jedinečné observatoře, jež se nacházejí na poušti Atacama Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Paranalu ESO provozuje nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle - Velmi velký dalekohled (VLT). Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob - teleskopu ALMA. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 42 metrů. Bude pracovat ve viditelném a infračerveném oboru a stane se největším dalekohledem světa.
Odkazy
- odborný článek (pdf, 347 kB)
Kontakty
Paul Crowther; University of Sheffield, UK; Phone: +44-114 222 4291; E-mail: Paul.Crowther (at) sheffield.ac.uk
Stefania Carpano; ESTEC, ESA; The Netherlands; Phone: +31-71-5654827; E-mail: scarpano (at) rssd.esa.int
Překlad: Jiří Srba, Hvězdárna Valašské Meziříčí