Úvod do éry černých děr

Období známé jako „Zlatý věk“ teoretické fyziky černých děr se datuje od roku 1963, kdy Roy Kerr popsal roztáčivou černou díru, až po Stephenovu Hawkingovu objev v roce 1973 ohledně vypařování černých děr. V tomto období přispěli někteří fyzici a matematici k přesnému vymezení černých děr v rámci obecné teorie relativity, včetně známého teoremu o růstu plochy horizontu černé díry, který je přičítán Hawkingovi.

Nová éra astrofyziky černých děr

Ačkoliv jsme stále ještě daleko od úplného porozumění černým dírám, lze s jistotou říci, že se nacházíme na počátku nové éry ve fyzice a zejména v astrofyzice černých děr. Nové poznatky přicházejí od doby, kdy byla na Zemi přímo detekována gravitační vlnění vzniklé sloučením hvězdných černých děr před deseti lety. Další významný krok v tomto novém oboru astronomie se očekává kolem roku 2030, kdy by měla mise eLISA detekovat gravitační vlnění spojené se sloučením supermasivních černých děr.

Přínos radioastronomie

Dalším významným příspěvkem k této nové éře astrofyziky černých děr je pokrok v radioastronomii. Mezi významné úspěchy patří také snímky stínu horizontu událostí supermasivních černých děr, které poskytla spolupráce Event Horizon Telescope (EHT). Dnes se také hovoří o prvních radio-snímcích dvou supermasivních černých děr, které obíhají kolem sebe, jež byly odhaleny v archívních datech ruského Hubblea, satelitu RadioAstron.

Dvě černé díry v kvazaru OJ287

Dvě černé díry, které obíhají jedna kolem druhé v kvazaru OJ287, jsou pozorovány díky výzkumu mezinárodního týmu astrofyziků, včetně členů z Univerzity v Turku ve Finsku. OJ287 se nachází přibližně 3,5 miliardy let od naší galaxie, v oblasti souhvězdí Raka. Obsahuje jednu z nejhmotnějších dosud pozorovaných černých děr o hmotnosti přibližně 18 miliard slunečních hmotností.

Vlastnosti kvazaru OJ287

Kvazar OJ287 je typem aktivní galaxie, jehož název pochází od objektu BL Lacertae. Tento blazar, což je supermasivní černá díra s vysoce směrovaným proudem hmoty a záření, se nachází v blízkosti další supermasivní černé díry o hmotnosti 150 milionů slunečních hmotností, jež obíhá kolem jeho centrální černé díry.

Orbitalní dynamika a erupce

Druhá černá díra potřebuje k dokončení své oběhu pouze 12 let, avšak její dráha je nakloněná vzhledem k disku akrece obklopujícímu hlavní černou díru. Tento pohyb podléhá precesi, obdobně jako se to děje u Merkuru kolem Slunce, což je důsledkem obecné teorie relativity. Malá černá díra prochází diskem akrece dvakrát za každých 12 let, přičemž tyto průchody mohou být od sebe vzdáleny od jednoho do deseti let, jak ukazuje dlouhodobé pozorování.

Při každém průchodu diskem akrece dochází k výrazné erupci, která způsobí, že jas kvazaru na krátkou dobu čtyřnásobně vzroste, existují senzace, jako by se najednou rozsvítilo miliarda hvězd, což převyšuje jas naší galaxie. Tyto jasné erupce byly pozorovány astronomy od roku 1888.

Technologie RadioAstron

RadioAstron, ruský Hubble pro rádiové vlny, sehrál významnou roli v dosažení tohoto pokroku. Mauri Valtonen popsal, jak poprvé pořídili snímek dvou černých děr obíhajících kolem sebe. Na snímku jsou černé díry identifikovány podle intenzivních proudů částic, které vyzařují. Samotné černé díry jsou neviditelné, ale mohou být detekovány těmito proudy nebo žhavým plynem, který je obklopuje.

Obraz dvou černých děr byl zachycen díky systému rádioteleskopů zahrnujících satelit RadioAstron, který byl v provozu před deseti lety, když byl OJ287 vyfotografován. Anténa satelitu byla umístěna na poloviční dráze k Měsíci, což významně zlepšilo rozlišení snímku.

Historické souvislosti

Přibližně před 50 lety technika zakrývání umožnila identifikovat viditelnou odpověď na to, co byla tehdy překvapivě silná rádiová zdroj, 3C 273. Astronom Maarten Schmidt provedl spektrální analýzu světla tohoto objektu, a s překvapením zjistil silně posunuté čáry emisí vodíku. 3C 273 se na obloze jevil jako hvězda, ale tento výsledek implikoval, že se nachází mimo Mléčnou dráhu, na kosmologické vzdálenosti.

Vzhledem k jeho vysoké jasnosti bylo zřejmé, že se jedná o objekt s výjimečnou luminiscencí. Později byly objeveny další kvazary, přičemž dnes známe více než 200 000 podobných objektů. Astrofyzikové se již od počátku snažili pochopit podstatu těchto těles, které uvolňují obrovské množství energie, ačkoliv se zdály být malé.

Původně se věřilo, že by se mohlo jednat o obrovské hvězdy ovlivněné účinky obecné relativity, včetně spektrálního posunu, avšak brzy bylo uznáno, že mohou jít o supermasivní černé díry akreující velké množství plynu.

Někteří, jako ruský Igor Novikov a izraelský Yuval Ne’eman, dokonce navrhli, že kvazary mohou být černé díry buď oddělené od ostatních částí vesmíru, nebo že mohou být spojeny s bílými dírami, jež vypouštějí hmotu přeživší černé díry do jiných oblastí vesmíru.