Rozhovor: Michal Bursa - Rotace černých děr

Připomeňme si nejprve, co jsou černé díry?
Černé díry jsou velmi zvláštní objekty, které byly v klasické fyzice do začátku minulého století zcela neznámé, a na jejichž existenci poukázala až obecná teorie relativity. Ještě dalších 50 let však trvalo, než se podařilo objevit prvního skutečného kandidáta na černou díru - objekt Cyg X-1 v souhvězdí Labutě. Černé díry jsou objekty tak hmotné a zároveň malé, že v jejich okolí je gravitační pole natolik silné, že žádný objekt včetně světla nemůže tuto oblast opustit. Vznikají obvykle při gravitačním kolapsu hmotných hvězd poté, co hvězdě dojde palivo pro termonukleární reakce a už není schopna tlakem produkovaného záření vyrovnávat gravitační sílu celé její hmoty. Pokud je dostatečně těžká (zpravidla těžší než asi 10 hmotností Slunce), neexistuje nic, co by dokázalo odolat její vlastní gravitaci a zastavit kolaps. Hvězda se stane černou dírou.

Proč se černé díry otáčí?
Podobně jako energie či hmotnost, i rotace (přesněji řečeno moment hybnosti) je veličina, která se v přírodě zachovává. Pokud černá díra vznikla z materiálu, který nějakým způsobem rotoval, což bývá u hvězd pravidlem, tak i ona sama se bude otáčet.

Jak se dá rychlost otáčení změřit?
Protože černá díra je sama o sobě temné těleso, které nijak nesvítí, jelikož ani světlo z něj nemůže uniknout, můžeme její vlastnosti (hmotnost a rotaci) měřit pouze tehdy, pokud do její blízkosti dopravíme nějaké "testovací částice". Nejlepší způsob, který nám příroda nabízí, je tzv. akreční disk. Je to proud hmoty ve tvaru plochého disku (gramofonové desky), který se okolo černé díry vytvoří, pokud je poblíž nějaký zdroj, ze kterého může díra svou gravitací hmotu přetahovat. Nejčastěji se takovým zdrojem stane blízká hvězda, pokud je černá díra součástí dvojhvězdného systému. Plyn proudící v disku se třením zahřívá až na miliony stupňů a září, takže pozorováním disku se můžeme o vlastnostech černé díry, která ho formuje, mnohé dozvědět. Prakticky existují dva způsoby, které lze ke změření rotace černé díry použít: je to jednak měření rozšíření fluorescenční čáry železa ve spektru disku a jednak měření teploty a celkové zářící plochy akrečního disku.

Liší se od sebe hodně rotace jednotlivých černých děr?
Ano, ze zatím získaných výsledků se zdá, že jsou černé díry rotující poměrně málo, ale i takové, které rotují extrémně rychle. Zejména ty druhé jsou pro astrofyziku mimořádně zajímavé, neboť extrémní rotace by mohla být hledaným "pohonem" pro pozorované výtrysky hmoty.

Na čem závisí rychlost rotace?
Jak moc jsou černé díry roztočené, závisí na dvou faktorech. Určitý stupeň rotace mají již od počátku, protože vznikají z otáčejících se hvězd. Během svého života pak mohou další část získat (ale i ztratit) pohlcováním látky ze svého okolí. Některým černým dírám se např. může podařit prostřednictvím akrečního disku doslova vysát celou sesterskou hvězdu.

U kolika černých děr byla rychlost rotace změřena?
Pokud vynecháme supermasivní černé díry přítomné v jádrech galaxií, o kterých jsme se nezmiňovali, podařilo se zatím změřit rotaci pouze u šesti černých děr v naší Galaxii. Může se to zdát málo, ale celkový počet černých děr v našem okolí, o kterých víme, nedosahuje ani třiceti. A zatímco třeba určování hmotností černých děr je dnes už rutinní záležitost, měření rotace jsme schopni provádět jen posledních asi pět let.

Rozhovor vznikl na základě přednášky Michal Bursy na pravidelném semináři Astronomického ústavu AV ČR. Semináře se konají zpravidla každé první pondělí v měsíci na pracovišti v Ondřejově. Převzato ze stránek www.asu.cas.cz