Zahlavi

Nejbližší černá díra je od nás jen tisíc světelných let

07. 05. 2020

Astronomům se podařilo najít zatím nejbližší černou díru od Země. Je součástí systému tří těles – černé díry samé a dvou hvězd, které jsou na obloze jižní polokoule viditelné pouhým okem. Nachází se jen zhruba tisíc světelných let od Země. Na jejím objevu se podíleli astronomové z Evropské jižní observatoře (ESO) včetně českých vědců.

Potřebné důkazy o existenci předtím neznámého objektu našli členové mezinárodního týmu díky pečlivému sledování pohybu hvězd zmíněného systému pomocí dalekohledu MPG/ESO na Observatoři La Silla v Chile.

Byli jsme opravdu překvapeni, když jsme zjistili, že se jedná o první hvězdný systém s černou dírou, který je možné spatřit pouhým okem,“ říká spoluautor výzkumu Petr Hadrava, emeritní pracovník Astronomického ústavu AV ČR. U nás ho nicméně pozorovat nemůžeme – museli bychom se vydat na jižní polokouli a počkat si na tmavou bezoblačnou noc.


Vizualizace systému s černou dírou nejbližší Zemi

Co je černá díra

V současnosti se černá díra definuje jako objekt, který se zhroutil vlastní gravitací. Je ohraničená pomyslnou plochou zvanou horizont událostí a uvnitř této oblasti je gravitační pole natolik silné, že z jeho dosahu nemůže uniknout žádná částice ani elektromagnetické záření, jinak by musely mít nadsvětelnou únikovou rychlost.

Astronomové dělí tyto objekty do několika kategorií: od miniaturních přes hvězdné neboli stelární černé díry, což jsou objekty hvězdných hmotností, masivní černé díry až po obří veledíry. Těm se také říká supermasivní, protože jejich hmotnost je milionkrát až desetimiliardkrát větší než hmotnost Slunce! Jedna se nachází i v centru naší vlastní Galaxie, z našeho pohledu v souhvězdí Střelce (Sagittarius) a její hmotnost odpovídá zhruba čtyřem milionům Sluncí.

 

Složité hledání temných objektů

Jelikož černé díry samy nesvítí, je velmi obtížné je najít. Přesto existuje několik možností. Často je prozradí jejich tzv. akreční disk. Tvoří ho hmota, která padá k černé díře, vytváří kolem ní rotující útvar a zahřívá se při tom na miliony stupňů Celsia. V důsledku toho akreční disk vydává charakteristické záření – díky němu mohli vědci už dříve tyto objekty pozorovat a studovat. V naší Galaxii už je známo několik desítek černých děr, které většinou silně interagují se svým okolím a prozrazují se nápadnými emisemi rentgenového záření.
Jiná metoda pátrání po černých dírách těží z faktu, že některé z nich ohýbají světlo vzdálených hvězd a fungují jako tzv. gravitační čočka.

Tajemný třetí objekt v dvojhvězdném systému
Další černé díry odhalí svou přítomnost gravitačním působením na pohyb hvězd ve svém okolí.
A právě to je případ soustavy HR 6819, kterou na obloze vidíme v souhvězdí Dalekohled (Telescopium). Vědci se na ni původně zaměřili při výzkumu dvojhvězdných systémů. Když však analyzovali data, čekalo je překvapení. Odhalili třetí dosud neznámý objekt – černou díru. Pozorování spektrografem FEROS a dalekohledem MPG/ESO na observatoři La Silla v Chile totiž ukázala, že jedna z hvězd obíhá s periodou 40 dní kolem neviditelného objektu, zatímco druhá hvězda v systému se nachází ve velké vzdálenosti od tohoto centrálního páru.

A tím neviditelným objektem je právě černá díra hvězdné hmotnosti. Její přítomnost i hmotnost astronomové a astrofyzikové odhalili a spočítali právě na základě studia oběžné dráhy druhé z hvězd tohoto systému.

Objekt ukrývající se v systému HR 6819 je jednou z prvních nalezených černých děr hvězdné hmotnosti, které nijak neinteragují se svým okolím, takže jsou skutečně ‚černé‘. A má jedno pro nás důležité prvenství: je nejbližší k naší Zemi.


Poloha systému HR 6819 na obloze v souhvězdí Dalekohled

Česká metoda se osvědčila

Petr Hadrava připomíná, že toto překvapivé odhalení umožnila aplikace metody „rozmotávání“ hvězdných spekter, kterou vyvinul, aby čeští astronomové dokázali konkurovat přístrojově lépe vybaveným světovým observatořím. „Uplatnění metody na data získaná ze špičkových dalekohledů ESO umožnilo našemu mezinárodnímu týmu dostat se ve výzkumu o krok dál.“ 

Astronomové totiž odhadují, že během vývoje Mléčné dráhy se do podoby černé díry zhroutilo v závěru svého života mnoho hvězd. Objev jedné z nich v systému HR 6819 poskytuje vědcům návod, kde tyto dosud nepozorované objekty hledat. Už mají vytipovaný další podobný systém. Nese označení LB-1, je sice od Země o něco dál, ale v astronomickém měřítku stále dost blízko.


Širokoúhlý záběr oblohy v okolí systému HR 6819

Hledání odpovědí na otevřené otázky

Vědci věří, že jim objev a průzkum takovýchto systémů odhalí nové podrobnosti o tvorbě a vývoji velmi hmotných hvězd, které v závěru svého života vybuchnou jako supernova za vzniku černé díry.

Objevy trojhvězdných systémů tvořených vnitřním párem a vzdálenou třetí složkou by mohly podle odborníků ESO pomoci odpovědět i na další otázky spojené s divokými procesy při splývání hvězd, při nichž vznikají gravitační vlny dostatečně silné, aby se daly detekovat na Zemi. Podle některých astronomů by k takovým splynutím mohlo docházet v systémech s podobným uspořádáním, jako mají HR 6819 a LB-1, kde je však vnitřní pár tvořen dvojicí černých děr nebo černou dírou a neutronovou hvězdou. Vzdálená vnější složka může gravitačně ovlivnit vnitřní pár natolik, že dojde k jeho sloučení a emisi gravitačních vln.

Nezodpovězených otázek kolem černých čer všech velikostí a hmotností je však mnohem víc. Zatím není zcela jasná jejich role ve vývoji galaxií a celého vesmíru, ani jak konkrétně interagují se svým okolím. U hvězdných černých děr není třeba jisté, jakou přesně hmotnost musí mít původní hvězda, aby se při svém zániku zhroutila do černé díry a nezůstala „pouhou“ neutronovou hvězdou. A samo nitro černých děr možná zůstane vědeckému poznání navždy nedostupné.


 

Evropská jižní observatoř (ESO) je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnější pozemní astronomické observatoře světa. Tvoří ji 16 členských států: Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor.

Připravila Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR s využitím tiskové zprávy ESO
Fotografie: ESO, Shutterstock