Výstřednosti temných monster: Nejjasnější, nejstarší a potulné černé díry
Jejich ohromující gravitace neodolatelně přitahuje i naši pozornost. Černé díry představují fascinující extrémní objekty, v nichž přestávají platit fyzikální zákony. A jako by to nestačilo, vyznačují se mnoha výstřednostmi, jež nesmírně dráždí naši fantazii
NEJJASNĚJŠÍ
Běsnící kvazary
Ačkoliv černé díry nedovolí v důsledku své gravitační přitažlivosti uniknout ani světlu, tvoří rovněž srdce nejzářivějších, nejvýkonnějších a nejenergetičtějších objektů ve vesmíru – kvazarů. Jedná se o aktivní jádra velmi starých galaxií, v jejichž nitru spočívá supermasivní černá díra. A právě díky ní dosahuje kvazar takových jasností. Materiál kolem černého monstra krouží v rozlehlém akrečním disku, hmota se intenzivně zahřívá a vyzařuje ve všech oblastech spektra, včetně krátkovlnného, rentgenového. V polárních lokalitách je pak silně urychlována ve směru rotační osy černé díry a následuje relativistický výtrysk, dlouhý až několik megaparseků. Svítivost kvazarů se odvíjí od změn v jejich těsném okolí, a záleží tak na množství materiálu, který právě konzumují.
Kvazary se zřejmě rozzářily v době, kdy vesmír neexistoval ještě ani miliardu let. Nejjasnější známý objekt daného druhu, s označením J043947.08+163415.7, dělí od Země 12,8 miliardy světelných roků a svou jasností měl podle prvních odhadů překonávat Slunce 600bilionkrát! Teprve následná pozorování ukázala, že jeho svítivost je „jen“ 11 bilionů Sluncí. Kvazar se původně jevil jasnější díky galaxii nacházející se mezi námi, která zafungovala jako výkonná gravitační čočka a jasnost kvazaru znásobila.
NEJSTARŠÍ
Věk velkou záhadou
Pokud jde o stáří, držel do roku 2017 rekord kvazar ULAS J1120+0641 s černou dírou ve svém středu. Jeho zrod se datuje do doby, kdy měl vesmír 750 milionů let. Pak se ovšem podařilo objevit ještě věkovitější protějšek, známý jako ULAS J134208.10+092838.61, který se zformoval asi jen 690 milionů roků po Velkém třesku. Jeho černá díra přitom dosahuje 800 milionů slunečních hmotností.
Stáří uvedených objektů vědcům pořádně zamotalo hlavu: Jak se mohly černé díry stát podobně hmotnými tak brzy po vzniku kosmu? Astronomové spekulují, že v mladém vesmíru musely panovat podmínky umožňující vytváření velmi velkých černých děr, s hmotnostmi přesahujícími 100 tisíc ekvivalentů Slunce.
TULÁCI
Srážka a pak vyhoštění
Při srážce galaxií mohou být černé díry z jejich středu doslova vymrštěny a začnou se toulat vesmírným prostorem. První takovou známou „tulačkou“ se stala SDSS J0927+2943, přibližně 600milionkrát hmotnější než Slunce, která kosmem uhání rychlostí 9,5 milionu kilometrů za hodinu.
K „přesunům“ dochází také po kolizi dvou menších supermasivních černých děr. Vznikne při ní jeden větší objekt a zároveň se generují gravitační vlny, emitované v jednom směru mnohem silněji než v jiných. Nově vytvořená černá díra tak může obdržet „šťouchnutí“ v opačném směru, než se pohybují tyto intenzivní gravitační vlny. Impulz dokáže čerstvě zformovaný objekt dokonce vymrštit z centra galaxie. Jeho síla přitom závisí na rychlosti a směru rotace obou černých děr před splynutím. Astronomická pozorování naznačují, že se pozice až pětiny černých gigantů odchyluje od geometrického středu hvězdného ostrova, což jasně ukazuje na prodělanou srážku.
ZÁHADNÉ
Pátrání po střední velikosti
Astronomové dávno vědí, že černé díry dosahující zhruba 10–100 hmotností Slunce vznikají jako pozůstatky zaniklých hmotných hvězd. A supermasivní černé díry, s hmotnostmi přes 100 tisíc ekvivalentů naší stálice, se zas nacházejí v centrech převážné části větších galaxií. Napříč vesmírem se však podle vědců vyskytuje mnoho zjevných černých monster velmi záhadného typu: S rozmezím od 100 do 100 tisíc hmotností Slunce mají střední velikost a představují obtížně polapitelné cíle.
Pozornosti odborníků unikaly až do roku 2009. Tehdy se podařilo objevit jednu z prvních černých děr dané kategorie, pojmenovanou HLX-1 neboli Hyper-Luminous X-ray source 1. Dělí ji od nás zhruba 290 milionů světelných roků a její hmotnost odpovídá asi 20 000násobku naší stálice.
Další jasné důkazy existence černých děr střední velikosti poskytla v roce 2018 pozorovací kampaň rentgenového kosmického dalekohledu Chandra X-ray Observatory. V rámci jeho průzkumu COSMOS Legacy Survey a na základě měření družice Spitzer Space Telescope identifikovali vědci 40 černých děr v trpasličích galaxiích. Většina uvedených zdrojů záření zřejmě reprezentuje hledané záhadné objekty s hmotnostmi v rozmezí 10 tisíc až 100 tisíc ekvivalentů Slunce. Černé díry střední velikosti mohou tvořit stavební bloky svých supermasivních kolegyň. Pokud jim tedy lépe porozumíme, může to vrhnout nové světlo na vývoj popsaných monster a jejich galaxií.
ZBĚSILÉ
Na plné obrátky
Černá díra GRS 1915+105 v souhvězdí Orla, ležící asi 35 tisíc světelných roků od Země, se otočí víc než 950krát za sekundu. Jde o 98 % maximální možné rychlosti, jakou mohou uvedené objekty teoreticky rotovat. Systém tvoří „normální“ hvězda a černý obr zhruba o 14násobku hmotnosti Slunce, přičemž lze pozorovat přetékající hmotu z jeho průvodce. Bod umístěný na samém okraji horizontu událostí rotujícího monstra by se řítil rychlostí přes 536 milionů kilometrů za hodinu, což odpovídá zhruba polovině rychlosti světla.
Rychlost otáčení černé díry, kterou astronomové změřili, ve skutečnosti odpovídá tempu, jakým rotuje – nebo je spíš strháván – prostoročas přímo na horizontu událostí. Hmota průvodce přitahovaná gravitací postupně padá po spirále na „povrch“ giganta a vytváří kolem něj rotující akreční disk, z jehož vnitřního okraje směřuje materiál už přímo do černé díry. Vědci se při pozorování zaměřili na tzv. nejvnitřnější stabilní kruhovou dráhu: Jde o trajektorii těsně nad horizontem událostí, po níž může ještě hmota obíhat, aniž by do černé díry okamžitě a nenávratně spadla.
Nezřízený jedlík
Astronomové vypátrali nejrychleji rostoucí supermasivní černou díru, jakou se dosud podařilo pozorovat. Má nezřízenou chuť k jídlu: V průměru jednou za dva dny spořádá hmotu o ekvivalentu Slunce. K jejímu objevu museli vědci proniknout pohledem zhruba 12 miliard světelných let do hlubin vesmíru – což zároveň znamená, že ji spatřili ve stavu před 12 miliardami roků, tedy nepříliš dlouho po Velkém třesku.
„Tato černá díra zvětšuje svoji hmotnost tak rychle, že září tisíckrát jasněji než celá galaxie, a to v důsledku množství denně nasávaných plynů, což způsobuje intenzivní růst její teploty,“ popisuje Christian Wolf z Australian National University. „Pokud by se nacházela uprostřed Mléčné dráhy, jevila by se desetkrát jasnější než Měsíc v úplňku. Vypadala by jako neuvěřitelně jasná hvězda a přezářila by téměř všechny stálice noční oblohy.“
Podle odhadů má nově objevená supermasivní černá díra, s označením QSO SMSS J215728.21-360215.1, hmotnost odpovídající zhruba 20 miliardám ekvivalentů Slunce a přibývá „na váze“ asi o 1 % za milion let.
