Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Odhalena nová tajemství černých děr

Odhalena nová tajemství černých děr

Na uměleckém zpracování je ztvárněna hvězda, kterou postupně trhá na kousky černá díra střední velikosti
Autor: Hubble/NASA/ESA/M. Kornmesser

Český tým astrofyziků z Akademie věd dosáhl významného průlomu v porozumění chování černých děr. Vědci v mezinárodní spolupráci publikovali dvě studie, které poskytují nové pohledy na chování rentgenových dvojhvězdných systémů s černou dírou. Černá díra o hvězdné hmotnosti v takové soustavě přitahuje hmotu ze svého hvězdného souputníka a vzniká kolem ní tzv. akreční disk. Na pólech černé díry pak může hmota ze systému unikat směrem ven v podobě vysokoenergetických výtrysků.

Tisková zpráva Astronomického ústavu AV ze dne 14. prosince 2024

O existenci rentgenového binárního systému Swift J1727.8–1613 se až do srpna loňského roku nevědělo. Tmavé místo na obloze začalo z čista jasna zářit na všech vlnových délkách a upoutalo celosvětovou pozornost astronomů zejména v rentgenovém oboru, kde byl objekt po několik měsíců jasnější než jiný známý zdroj rentgenového záření uvnitř naší Galaxie – Krabí mlhovina. Náhlé vzplanutí je pro dvojhvězdné systémy typické, ale zřídkakdy je tak jasné a relativně blízko.

Proto se na tento objekt zaměřily všechny významné rentgenové observatoře včetně družice IXPE, což je společný projekt NASA a Italské kosmické agentury. Na palubě IXPE je speciální teleskop, který umožňuje měřit polarizaci rentgenového záření. Polarizace určuje množství vln světla kmitající v daném směru. Ukazuje se, že to je klíčový nástroj pro porozumění procesům probíhajícím např. v blízkosti černých děr, které mají silnou gravitaci, jež ovlivňuje okolní materiál a záření. Polarizace nám pomáhá objasnit, jaká je struktura hmoty v blízkosti černé díry.

Změny ve spektrech doprovázeny změnami v polarizaci rentgenového záření

První studie, vedená Jiřím Svobodou z Astronomického ústavu Akademie věd České republiky, se zaměřila na dramatické změny v polarizaci rentgenového záření pozorované během různých fází vzplanutí systému Swift J1727.8−1613 od srpna 2023 do února letošního roku. „Náš výzkum ukázal, že během přechodu mezi tzv. tvrdým a měkkým spektrálním stavem rentgenového záření, dochází rovněž k významným změnám v polarizaci,“ vysvětluje Jiří Svoboda.

Obrázek ukazuje družici NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) vlevo dole, jak z dálky pozoruje nově objevený binární systém Swift J1727.8-1613. Uprostřed je černá díra obklopená akrečním diskem, znázorněným žlutě a oranžově, a horká, posouvající se koróna, znázorněná modře. Černá díra odsává plyn z doprovodné hvězdy, která je za černou dírou vidět jako červená koule. Výtrysky rychle se pohybujících přehřátých částic proudí z obou pólů černé díry. Autor: Jiří Svoboda, Jakub Podgorný / Astronomický ústav AV
Obrázek ukazuje družici NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) vlevo dole, jak z dálky pozoruje nově objevený binární systém Swift J1727.8-1613. Uprostřed je černá díra obklopená akrečním diskem, znázorněným žlutě a oranžově, a horká, posouvající se koróna, znázorněná modře. Černá díra odsává plyn z doprovodné hvězdy, která je za černou dírou vidět jako červená koule. Výtrysky rychle se pohybujících přehřátých částic proudí z obou pólů černé díry.
Autor: Jiří Svoboda, Jakub Podgorný / Astronomický ústav AV

 

V počáteční fázi vzplanutí dominovala záření tzv. koróna, která je hlavním zdrojem tvrdého rentgenového záření v systému. V následném měkkém stavu, kdy je pozorované záření méně energetické, vychází více rentgenových fotonů přímo z akrečního disku. Astronomové nejprve navrhli nová pozorování, na jejichž základě pak zjistili dramatický pokles polarizace. To, že změny v energetickém spektru, tedy v jeho barvě, jsou doprovázeny změnami v polarizaci, potvrzuje, že struktura akrečního disku a koróny se během této fáze významně mění. „Je to právě polarizace, která prokazuje geometrické změny v rozložení hmoty u černých děr,“ podotýká Jiří Svoboda.

Obnovení polarizačního stavu: překvapivé zjištění

Druhá studie objektu Swift J1727.8−1613, kterou vedl Jakub Podgorný opět z Astronomického ústavu AV ČR, se zabývala obnovením polarizace rentgenového záření po přechodu zpět z měkkého do tvrdého stavu. Tvrdý stav znamená, že záření vzdáleného zdroje je mnohem energetičtější. Pozorovaná binární soustava se do tohoto stavu vrátila v dubnu letošního roku po několika měsících, ovšem se zhruba stonásobně utlumenou jasností oproti prvotnímu vzplanutí v srpnu 2023. „Vůbec poprvé jsme zaznamenali rentgenovou polarizaci u binárního systému v tomto přechodovém období,“ říká Podgorný a dodává: „Zjistili jsme, že polarizace se vrátila k hodnotám zaznamenaným během počáteční fáze výbuchu u téhož zdroje, což znamená, že geometrie koróny se pro tento tvrdý stav výrazně nemění, i když rentgenový jas významně klesne.“

Přestože pokles rentgenové jasnosti byl predikován, současné úplné obnovení polarizačního stavu bylo nečekané. Toto zatím poslední pozorování zdroje s IXPE naznačuje, že struktura koróny a disku je u binárních systémů po návratu z měkkého stavu mnohem stabilnější, než se dříve myslelo. Protože dominantní směr kmitů světla je v takovém případě u Swift J1727.8−1613 identický s dříve pozorovaným výtryskem hmoty, lze se domnívat, že se horké plazma v koróně opět rozpíná ve směru roviny disku podobně jako u původního tvrdého stavu s vysokou jasností.

Význam objevů

Tyto výsledky představují významný krok vpřed v našem porozumění tomu, jak černé díry interagují s okolním materiálem a dokazují, že analýza pomocí rentgenové polarizace je ideálním nástrojem. „Pro úplné určení konfigurace v blízkosti černých děr v binárních systémech jsou nezbytná další pozorování s IXPE pro více zdrojů. Úspěšná první pozorovací kampaň Swift J1727.8−1613 v různých stavech je tak tím nejdůležitějším začátkem nové kapitoly,“ uzavírá Michal Dovčiak z Astronomického ústavu Akademie věd České republiky, který se na publikacích rovněž podílel a který je vedoucím pracovní skupiny IXPE, která se zaměřuje právě na černé díry hvězdné hmotnosti.

Kontakt pro média:

RNDr. Jiří Svoboda, Ph.D., Astronomický ústav Akademie věd České republiky, jiri.svoboda@asu.cas.cz, 777 214 434

Pavel Suchan - tiskový tajemník Astronomického ústavu Akademie věd České republiky, suchan@astro.cz, 737 322 815

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Odborná studie v The Astrophysical Journal Letters
[2] Odborná studie v Astronomy & Astrophysics
[3] Výsledky na webu NASA



O autorovi

Pavel Suchan

Pavel Suchan

Narodil se v roce 1956 a astronomii se věnuje prakticky od dětství. Dlouhodobě působil na petřínské hvězdárně v Praze jako popularizátor astronomie a zároveň byl aktivním účastníkem meteorických expedic na Hvězdárně v Úpici. V současnosti pracuje na Astronomickém ústavu AV ČR, kde je vedoucím referátu vnějších vztahů a tiskovým mluvčím. V České astronomické společnosti je velmi významnou osobností - je čestným členem, místopředsedou ČAS, tiskovým tajemníkem, předsedou Odborné skupiny pro tmavou oblohu a také zasedá v porotě České astrofotografie měsíce.

Štítky: Jiří Svoboda, Černé díry 


42. vesmírný týden 2025

42. vesmírný týden 2025

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 13. 10. do 19. 10. 2025. Měsíc je vidět nad ránem a po poslední čtvrti bude ubývat k novu. Jeho světlo nebude večer rušit pozorování komet. Jasnější je C/2025 A6 (Lemmon), o něco slabší C/2025 R2 (SWAN). Planeta Saturn je vidět celou noc, Jupiter a Venuše jsou vidět nejlépe ráno. Slunce je zatím málo aktivní. SpaceX plánuje opět testovat Super Heavy Starship při letu IFT-11. Před 50 lety byla vypuštěna první plně operační geostacionární meteorologická družice GOES-1.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Když se blýská v dáli

Titul Česká astrofotografie měsíce za září 2025 obdržel snímek „Když se blýská v dáli“, jehož autorem je astrofotograf Lukáš Veselý Měsíc září je již dávno za námi a s ním i další kolo soutěže Česká astrofotografie měsíce. A tentokrát se porota opravdu „zapotila“. Ze 42 zaslaných snímků vybrat ten

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

IC 5146 Zámotok

IC 5146 (Zámotok) je emisná hmlovina a otvorená hviezdokopa v súhvezdí Labuť. Objavil ju nemecký astronóm Max Wolf 28. júla v roku 1894. Neskôr v roku 1899 ju pozoroval aj britský astronóm Thomas Espin. Hmlovina je obklopená okrajom tmavej hmloviny s názvom Barnard 168, ktorá oddeľuje hmlovinu od hviezdneho pozadia. Červená farba hmloviny je spôsobená ionizáciou od centrálnej jasnej hviezdy spektrálneho typu B0, ktorá svojím ultrafialovým žiarením ionizuje okolitý vodík. Modrasté sfarbenie niektorých častí hmloviny je spôsobené rozptylom viditeľného svetla z hviezd na prachu, ktorý sa v hmlovine nachádza. Vek centrálnej a najjasnejšej hviezdy sa odhaduje na 100 tisíc rokov a v okolitej otvorenej hviezdokope sa nachádza niekoľko stoviek mladých hviezd s priemerným vekom okolo milión rokov. Z tohto vyplýva, že na tomto mieste pravdepodobne došlo k niekoľkým epizódam hviezdotvorby, ktoré pokračujú až dodnes. Vybavenie: SkyWatcher NEQ6Pro, GSO Newton astrograf 200/800 (200/600 F3), Starizona Nexus 0.75x komakorektor, Touptek ATR585M, AFW-M, Touptek LRGBSH 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 85x180sec. R, 68x180sec. G, 76x180sec. B, 130x120sec. L, 99x600sec Halpha, 74x600sec. S2, master bias, flats, master darks, master darkflats Gain 150, Offset 300. 8.8. až 30.8.2025 Belá nad Cirochou, severovýchod Slovenska, bortle 4

Další informace »