Související stránky k článku Výzkumy v ASU AV ČR (167): Nová metoda výpočtu gravitačního pole toroidů
Akreční disky kolem černých děr bývají nejčastěji studovány s využitím modelu, podle nějž se turbulentní transport momentu hybnosti řídí zjednodušeným předpokladem konstantní viskozity. Tento empirický zákon má svůj původ v úvahách ze 70. let minulého století a na jeho základě bylo analyzováno mnoho zajímavých systémů. Autoři představované práce, mezi nimi i Jiří Horák z Oddělení galaxií ASU, analýzou několika nezávislých relativistických magnetohydrodynamických simulací odhalují překvapivě univerzální průběh tohoto transportu, avšak opouštějí představu stálé viskozity. Představují a testují jednoduchý vztah, který tento průběh popisuje a který by mohl zpřesnit modely záření akrečních disků a pomoci lépe interpretovat pozorování černých děr.
Chování látky v obvyklých laboratorních podmínkách známe velmi přesně, avšak extrémní situace nedokáže ani moderní fyzika uspokojivě popsat a vysvětlit. Do značné míry to záleží i na úhlu pohledu – co se nám jeví „extrémní“, může často být ve vesmíru zcela běžné. Z pozemského hlediska exotické objekty nejsou ve vesmíru nijak vzácné. Obecně se soudí, že v centru každé (nebo téměř každé) velké galaxie se nachází supermasivní černá díra obklopená množstvím mezihvězdného materiálu v podobě diskového toroidálního útvaru – akrečního disku - který černá díra gravitačně přitahuje a „konzumuje“. Je dobře známo, že gravitační přitažlivost je v těsné blízkosti černých děr enormně silná a pod horizontem událostí jí dokonce nic nedokáže vzdorovat. Trochu paradoxně, samotná gravitační interakce k úplnému a bezespornému popisu všech rozmanitých forem akrečních torů nestačí. Co přesně je však nutno doplnit? Odpověď na tuto otázku zůstává dosud pro astrofyziky velkou záhadou. Audrey Trova a Vladimír Karas z ASÚ se spolupracovníky ze Slezské univerzity v Opavě studovali fyzikální vlastnosti akrečních disků obsahujících elektricky nabité částice.
Rentgenové dvojhvězdy jsou aktivními galaktickými jádry v malém. I proto se na jejich výzkum často používá technik odladěných pro tyto mnohem větší systémy. Početným tým pracovníků Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU si pokládal otázku, zda jsou pro tyto případy používané modely validní a zda nejsou podané informace zkreslené.
Jakým způsobem ovlivňuje přítomnost magnetického pole chování látky v akrečním disku v okolí černé díry? Přesně tuto otázku si položili autoři představované práce, mezi nimiž byl i Vladimír Karas z ASU. Studie, provedená s pomocí numerické simulace, poukazuje na nezanedbatelný vliv magnetismu v extrémních akrečních discích. Některé z popisovaných jevů by mohly vysvětlovat například proměnnost centra naší Galaxie.
V literatuře přibývá studií prokazujících, že černé díry jsou ve vesmíru téměř všudypřítomné. Od těch hvězdných černých děr vyskytujících se například v kompaktních dvojhvězdách po černé veledíry v jádrech galaxií a kvazarů. Jejich detekce v drtivé většině případů spoléhá na přítomnost okolní látky, která kolem černé díry vytváří akreční disk. Parametry černých děr jsou pak z vlastností záření disku určovány. Ondřej Kopáček a Vladimír Karas z ASU publikovali teoretickou práci vyšetřující chování částic na orbitách v okolí černých děr.
Kosmické mise zaměřené na studium polarizace rentgenového záření slibují vnést nový vítr do výzkumu akrečních disků kolem kompaktních objektů. J. Podgorný a M. Dovčiak z ASU v mezinárodní spolupráci s pomocí počítačového modelu studovali modelové situace akrece v okolí černé díry a určili, jaké spektrální a polarizační vlastnosti by mělo mít elektromagnetické záření pocházející od těchto zdrojů.
Akreční disky, magnetická pole a s tím spojený vznik polárních výtrysků nejsou jen doménou aktivních galaktických jader. V menším měřítku takovou situaci najdeme u prakticky každé stálice ještě než se stane hvězdou. Anabella Araudo z ASU zjišťovala, jak je možné, že v takových systémech se pozoruje synchrotronové záření, svědčící pro přítomnost relativistických elektronů u těchto hvězdných nedochůdčat.
„Pozorování“ černých děr jsou obecně založena na studiu jejich interakce s bezprostředním okolím. Nejlépe lze tak studovat černé díry hvězdných hmotností nacházející se v těsném dvojhvězdném systému s akrečním diskem. Tým astronomů se silnou českou účastí z ASU publikoval práci prezentující pokročilý model záření akrečního disku okolo černé díry a ukazují, že různé přístupy k modelování fyzikálních procesů mají na výsledné záření kruciální vliv. Budoucí pozorování by tak mohla umožnit určení přesnějších informací o černých dírách samotných.
Kvazary jsou bez nadsázky nejnebezpečnějšími objekty ve vesmíru. Skrývá se za nimi obrovská černá díra vážící bezmála milióny sluncí, která se dále krmí. Některé dosahují hmotností celých galaxií. Toto monstrum se překrmuje tempem, že nestíhá všechen materiál na sebe nabalovat, a tak ho díky své rotaci vystřeluje přes rotační póly rychlostmi blízkými rychlostmi světla ve formě “jetů”. Spolu s materiálem o teplotách miliónů stupňů, který kolem ní rotuje ve tvaru obrovského disku, patří mezi nejjasnější objekty ve vesmíru. Můžeme je pozorovat miliardy světelných let vzdálené - doslova napříč celým pozorovatelným vesmírem.
Spektrum meteoru je často jediným zdrojem informací o složení tělesa, které vstupuje do zemské atmosféry. Chemické složení je pak z pozorovaného záření odvozováno na základě fyzikálního modelu. Práce, kterou vedla Adriana Pisarčíková z ASU, proto využívá laboratorní „umělé meteory“ a podrobný model přenosu záření, aby posoudila, jak moc je používaná metodika interpretace spekter meteorů úspěšná v popisu původního materiálu. Výsledky ukazují, že při odpařování se jednotlivé prvky neuvolňují rovnoměrně: těkavý sodík a draslík se do plazmové stopy dostávají velmi snadno, zatímco hořčík je oproti železu výrazně potlačen a žáruvzdorné prvky, jako je hliník, vápník nebo titan, se za daných laboratorních podmínek prakticky neuvolňují.
Nový díl Rozhovorů o vesmíru opět zanese naši představivost do místa, kolem kterého se vše v naší Galaxii točí: obrovské a jasné hvězdokupy obsahující supermasivní černou díru. Miško Zajaček nám představí spoustu zajímavých objektů, které se v ní nachází, a s pomocí nejnovějších poznatků poodhalí, co jsou G objekty: tajemní obyvatelé centra, kteří se chovají jako hvězdy, ale vypadají jako plyn.
Opakované výbuchy novy nezanechávají v okolí hvězdy jen jednotlivé rozpínající se obálky. Při každé další erupci narazí právě vyvržená hmota do pozůstatků předchozích výbuchů a vytváří nové rázové vlny, které plyn zahřívají na miliony stupňů. Trojrozměrné počítačové simulace nyní ukázaly, jak se takový složitý systém vyvíjí během více než jednoho století a jak se jeho historie otiskuje do rentgenového záření.
Tím vedcov z USA a Taiwanu zachytil prvý jasný obrázok mladej hviezdy obklopenej akrečným diskom. Vo svojom článku publikovanom v časopise Science Advances tím opisuje, ako bol tento obraz zachytený a ďalšie podrobnosti.
Sluneční skvrny nejsou jednolité oblasti silného magnetického pole. Jejich tmavá jádra mohou přetínat světlé pásy, takzvané světelné mosty, v nichž se znovu prosazuje konvekce běžná v oblastech bez magnetického pole. Nová pozorování pěti takových mostů ukazují, jak přesně síla a orientace magnetického pole řídí velikost, jas a rychlost pohybů plazmatu v těchto strukturách. Současně upřesňuje podmínky pro výskyt velkých granulí, které jsou ve světelných mostech relativně vzácné.
Astronomové poprvé objevili horkou vodní páru v okolí horkého veleobra typu B[e]. Objev ukazuje, že prostředí těchto extrémně horkých hvězd může být chemicky mnohem složitější, než se dosud předpokládalo. Díky velmi přesným infračerveným spektroskopickým měřením se podařilo nejen identifikovat molekuly vody, ale také zpřesnit představy o struktuře plynového disku, vývojového stádia hvězdy i její možné dvojhvězdné povaze. Michaela Kraus ze Stelárního oddělení ASU byla u toho.
Rádiové záření je jedním ze základních diagnostických nástrojů popisujících dění v aktivních procesech na Slunci, zejména erupcích. Některé typy záblesků jsou běžné, jiné se objevují jen zřídka, a to je činí zajímavými. Takzvané pomalu kladně driftující sluneční rádiové záblesky patří mezi ty exotické, jejichž původ dosud nebyl spolehlivě vysvětlen. Mezinárodní tým vědců poprvé vytvořil model, který propojuje skutečná pozorování Slunce s detailními numerickými simulacemi od globální struktury magnetického pole až po mikroskopické děje v plazmatu a pracovníci ASU byli u toho. Výsledky ukazují, že tyto rádiové záblesky pravděpodobně vznikají působením elektronových svazků šířících se podél magnetických smyček ve sluneční koróně.
Jak vlastně vznikají hvězdokupy a proč se některé oblaky plynu promění jen v několik procent hvězd, zatímco jiné dokážou přetavit většinu své hmoty do hvězdné populace? Nová studie především českých astronomů z Oddělení galaxií ASU ukazuje, že jedním z klíčových faktorů může být chemické složení mezihvězdného plynu. Pomocí rozsáhlého souboru numerických modelů autoři zjistili, že v prostředích chudých na těžší prvky může hvězdotvorba probíhat déle, být účinnější a vést ke vzniku mimořádně hmotných hvězdokup. Výsledky mohou pomoci vysvětlit vznik kulových hvězdokup v raném vesmíru i nová pozorování z kosmického dalekohledu JWST.
Planety obíhající kolem pulsarů patří k nejpodivnějším světům, které astronomové znají. Jak mohou vzniknout u objektů, jež prošly katastrofickou explozí supernovy? Nová studie ukazuje, že jednou z možností je gravitační „krádež“ planet z cizích hvězdných soustav. Přestože takové zachycené planety zpočátku obíhají po chaotických drahách, numerické simulace naznačují, že některé systémy se mohou během miliard let překvapivě uklidnit a stát se dlouhodobě stabilními. Diplomovou práci s tímto tématem vypracoval Matyáš Fuksa z MFF UK pod vedením Václava Pavlíka a Vladimíra Karase z ASU a Stevena Shorea z Univerzity v Pise.
Zelené hrášky a borůvkové galaxie patří k nejextrémnějším galaxiím v dnešním vesmíru. Jsou malé, kompaktní a překotně vytvářejí nové hvězdy. Nová studie vedená astronomy z ASU ukazuje, že tyto objekty žijí převážně v osamělých oblastech kosmu, daleko od hustých galaktických seskupení. Výsledek naznačuje, že jejich mimořádná hvězdotvorba není obvykle spouštěna srážkami galaxií, ale spíše přísunem dosud nezpracovaného plynu.
Meteory obvykle vnímáme jako jednotlivé světelné stopy na obloze. Víme, že v některých fázích roku jich je více, přičemž tyto tzv. meteorické roje jsou reprezentovány tělísky, která mají společný původ v jednom mateřském tělese. Ve výjimečných případech se však zdá, že meteory někdy přicházejí ve „shlucích“ – skupinách fragmentů jednoho tělesa, které se rozpadlo krátce před vstupem do atmosféry. Analýza těchto vzácných jevů umožňuje nahlédnout do procesů rozpadu meteoroidů v blízkosti Země a odhaluje, jaké fyzikální mechanismy za nimi stojí.
