Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Polarizované rentgenové paprsky odhalují tvar a orientaci extrémně horké hmoty kolem černé díry

Polarizované rentgenové paprsky odhalují tvar a orientaci extrémně horké hmoty kolem černé díry

Cygnus X-1 je objekt považovaný podle všech indicií za černou díru ve dvojici s modrou veleobří hvězdou
Autor: John Paice

Nová vědecká pozorování černé díry hvězdné hmotnosti v souhvězdí Labutě odhalují nové detaily o uspořádání extrémně horké hmoty v bezprostředním okolí této černé díry, zvané Cygnus X-1, oznámila americká NASA. Na tom se podílejí také čeští astronomové z Astronomického ústavu AV ČR. Hmota se při pádu do černé díry zahřívá na miliony stupňů. Tento horký plyn vyzařuje rentgenové záření. Vědci používají měření polarizace těchto rentgenových paprsků, aby otestovali a zlepšili stávající modely, které popisují, jak černé díry polykají hmotu a jak se z nich stávají jedny z nejsvítivějších zdrojů rentgenového záření ve vesmíru.

Tisková zpráva Astronomického ústavu AV ČR / NASA ze dne 3. 11. 2022

Český tým vede RNDr. Michal Dovčiak, Ph.D., který v rámci mise IXPE působí jako vedoucí vědecké skupiny černých děr hvězdných hmotností a je třetím autorem článku o Cygnus X-1. Dalšími členy autorského týmu z Astronomického ústavu AV ČR jsou RNDr. Jiří Svoboda, Ph.D., RNDr. Jakub Podgorný a profesor Vladimír Karas, DrSc.

Příspěvek českého týmu k objevu:

  • vytváření unikátních modelů pro rentgenová polarimetrická data
  • analýza a interpretace naměřených spektrálních a polarizačních dat
  • plánování pozorování s družicemi IXPE, NICER a NuSTAR
  • simulace pozorování pro odhad délky expozičního času při jeho přípravě

Překlad tiskové zprávy NASA vydané 3. 11. 2022:

Nová vědecká pozorování černé díry hvězdné hmotnosti v souhvězdí Labutě odhalují nové detaily o uspořádání extrémně horké hmoty v bezprostředním okolí této černé díry, zvané Cygnus X-1.

Při padání do černé díry se hmota zahřívá na miliony stupňů. Tento horký plyn vyzařuje rentgenové záření. Vědci používají měření polarizace těchto rentgenových paprsků, aby otestovali a zlepšili stávající modely, které popisují, jak černé díry polykají hmotu a jak se z nich stávají jedny z nejsvítivějších zdrojů rentgenového záření ve vesmíru. 

Nová měření Cygnus X-1, publikovaná ve čtvrtek 3. listopadu online v časopise Science, představují vůbec první taková pozorování černé díry vtahující hmotu. Byla pořízena sondou Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), mezinárodní misí NASA a italské kosmické agentury (ASI). Systém Cygnus X-1 je jedním z nejjasnějších rentgenových zdrojů v naší Galaxii. Tvoří jej černá díra o hmotnosti 21krát větší, než je hmotnost Slunce, v oběhu s doprovodnou hvězdou o hmotnosti 41násobku hmoty Slunce.

„Předchozí rentgenová pozorování černých děr měřila pouze energii, směr a čas příletu rentgenových paprsků z horkého plazmatu stáčejícího se do černé díry,“ říká hlavní autor studie Henric Krawczynski, profesor fyziky na Washingtonově univerzitě v St. Louis a člen univerzitního centra McDonnell pro kosmické vědy. „IXPE měří také jejich lineární polarizaci, která nese informaci o tom, jak byly rentgenové paprsky vyzářeny a zdali a kde se odrazily od látky v blízkosti černé díry.“

Žádné světlo, ani to rentgenové, neunikne zpod tzv. horizontu událostí černé díry. Rentgenová emise detekovaná IXPE je vyzařována horkou látkou neboli plazmatem, v oblasti o průměru dvou tisíc kilometrů kolem šedesátikilometrového horizontu událostí černé díry.

Zkombinování dat z IXPE se souběžnými rentgenovými pozorováními ze sond NICER a NuSTAR americké NASA v květnu a červnu 2022 umožnilo autorům určit uspořádání, tedy tvar a polohu plazmatu kolem černé díry v Cygnus X-1.

Vědci zjistili, že plazma se rozpíná kolmo na oboustranný úzký plazmový výtrysk, tzv. jet, již dříve mnohokrát zobrazený v rádiovém oboru. Souhlasné uspořádání směru polarizace rentgenového záření se směrem jetu silně podporuje hypotézu, že procesy v rentgenově jasné oblasti blízko černé díry hrají podstatnou roli při spouštění těchto výtrysků.

Pozorování se shodují s modely, které předpovídají, že tzv. koróna horkého plazmatu buď nahrazuje vnitřní část disku hmoty vinoucí se směrem k černé díře, nebo tento disk obklopuje jako sendvič. Nová polarizační data vylučují modely, kde je koróna černé díry úzkým sloupcem či kuželem plazmatu orientovaným podélně s osou jetu.

Vědci poznamenávají, že lepší porozumění struktuře plazmatu kolem černé díry může odhalit hodně o tom, jakým způsobem černé díry k sobě přitahují hmotu. „Tyto nové pohledy umožní vylepšené rentgenové studie, jak gravitace zakřivuje prostor a čas v okolí černých děr,“ řekl Krawczynski.

Vztaženo specificky na černou díru Cygnus X-1: „Pozorování IXPE odhalují, že tok hmoty navíjející se na černou díru je viděn více zboku, než se dříve myslelo,“ vysvětluje spoluautor studie Michal Dovčiak z Astronomického ústavu Akademie věd České republiky. „To by mohla být známka nesouladu mezi orientací rotace černé díry a celého binárního systému,“ vyjasňuje spoluautorka studie Alexandra Veledina z univerzity v Turku. „Této rozdílné orientace mohl systém nabýt, když hvězdný předchůdce nynější černé díry explodoval.“

„Mise IXPE používá rentgenová zrcadla vyrobená v Marshall Space Flight Center v NASA a techniku ohniskové roviny poskytnutou ASI ve spolupráci s Národním institutem pro astrofyziku (INAF) a Národním institutem pro jadernou fyziku (IAPS),“ říká spoluautor studie Fabio Muleri z INAF-IAPS. „Kromě Cygnus X-1 používáme IXPE ke studiu široké škály extrémních rentgenových zdrojů, včetně neutronových hvězd pohlcujících okolní hmotu, pulzarů a mlhovin napájených hvězdnými větry z pulzarů, zbytků supernov, našeho galaktického centra i aktivních galaktických jader. Našli jsme již mnohá překvapení a máme tak o zábavu postaráno.“

Druhý článek ve stejném vydání Science byl vedený Robertem Tavernou z Univerzity v Padově a popisuje detekci vysoce polarizovaného rentgenového záření z magnetaru 4U 0142+61.

„Jsme nadšení, že můžeme být součástí této nové vlny vědeckých objevů v astrofyzice,“ řekl Krawczynski.

Kontakt na NASA:
Talia Ogliore, Washington University in St. Louis
talia.ogliore@wustl.edu
telefon 314-935-2919

Kontakt na Astronomický ústav AV ČR:
RNDr. Michal Dovčiak, Ph.D., Oddělení galaxií a planetárních systémů
michal.dovciak@asu.cas.cz
telefon 774 509 808

Více informací, včetně kopie článku, lze najít online na Science press package na https://www.aaas.org/news/science-press-package

Ve čtvrtek 9. prosince 2021 se na raketě Falcon 9 vydala na oběžnou dráhu jedna z nejpokročilejších rentgenových observatoří, která zkoumá především neutronové hvězdy a černé díry ve vzdálených končinách vesmíru. Start komentovali také Michal Dovčiak a Jiří Svoboda z Astronomického ústavu AV ČR. 



Převzato: Astronomický ústav AV ČR



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: Astronomický ústav AV ČR, IXPE


4. vesmírný týden 2023

4. vesmírný týden 2023

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 23. 1. do 29. 1. 2023. Měsíc bude v první čtvrti. Venuše se již potkala se Saturnem a je nejjasnějším objektem soumrakové oblohy spolu s Jupiterem. Nejvýše na obloze najdeme Mars. Kometa C/2022 E3 (ZTF) se blíží k Zemi a stává se objektem viditelným i pro neozbrojené oko. Slunce je stále aktivní a na povrchu je hodně pěkných skvrn. V týdnu očekáváme start Falconu 9, rakety Electron a HII-A. Slavíme několik výročí československých astronomů Františka Hřebíka, Antonína Mrkose a Juraje Zverka.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Tromsø lights

Titul Česká astrofotografie měsíce za prosinec 2022 získal snímek „Tromsø lights“, jehož autorem je Jan Klíma     Kdo by neznal slavnou polární záři. Ať již ze snímků oblohy z dalekého severu či z ještě, alespoň pro nás ještě vzdálenějšího jihu, nebo třeba z divadelní hry

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Cassiopeia&Perseus Region

Ve spodní části snímku se nachází také C/2020 V2 (ZTF) Canon 77D Canon 50mm f/1.8 f/2.8 ISO 3200 3,2s x 231 DeepSkyStacker Siril Photoshop

Další informace »