Putujú čierne diery?

Nové počítačové simulácie naznačujú, že galaxie, ako napríklad Mliečna cesta, by mohli byť domovom desiatok superhmotných čiernych dier. V strede Mliečnej cesty je obrovská čierna diera a to isté platí aj pre väčšinu veľkých galaxií vo vesmíre.

Počítačom generovaná kresba čiernej diery spôsobujúcej zakrivenie prechádzajúceho svetla, ilustrácia Alain Riazuelo

Ak práve nehltajú plyn a hviezdy, alebo nevyvrhujú výtrysky plazmy, sú čierne diery relatívne v pokoji. No neostávajú len v centre galaxií. Keď galaxie splývajú, ich plyn a hviezdy sa prerozdeľujú a ich superhmotné čierne diery sa môžu ocitnúť v inej galaxii zachytené jej gravitáciou.

Skryté na okrajoch galaxií

Keď galaxie splývajú, čierne diery nie vždy putujú smerom k centru. V skutočnosti len malá časť splývajúcich galaxií vytvorí tesné páry centrálnych čiernych dier. Tento jav je výrazný najmä v prípade, ak jedna z galaxií je oveľa menšia (má hmotnosť menšiu než jednu desatinu hmotnosti druhej galaxie): objektom v menšej galaxii by trvalo dlhšie, ako je vek vesmíru, kým by klesli do jadra veľkej galaxie. Pri takomto splývaní by veľké galaxie mali hostiť množstvo obtrhaných jadier menších galaxií – a ich čiernych dier. V závislosti od toho, o akých veľkých čiernych dierach uvažujeme, astronómovia zistili, že desiatky z nich by sa mohli skrývať na okrajoch galaxií. Koľko ich môže mať taká sústava, ako je Mliečna cesta?

Dve z počítačovo simulovaných galaxií, ktoré tím študoval, sú zobrazené zboku a zhora. Biele bodky označujú superhmotné čierne diery a šípky smery ich pohybu, pričom dĺžky šípok udávajú ich rýchlosti vzhľadom na jadro galaxie. Čierne diery sa môžu nachádzať aj mimo galaktického disku. Zdroj M. Tremmel a kolektív, Astrophysical Journal Letters, 04/2018

Zbieranie čiernych dier

Michael Tremmel (Yalova univerzita) sa spolu s kolegami pozreli na to, ako by sa tieto putujúce čierne diery mohli pohybovať počas miliárd rokov. Vedecký tím použil počítačové simulácie, ktoré sledovali rast vesmírnych štruktúr v kocke počítačového vesmíru s hranou 80 miliónov svetelných rokov. V simuláciách astronómovia sledovali vývoj galaxií s hmotnosťou asi ako Mliečna cesta od obdobia krátko po Veľkom tresku až doteraz. Keď sa v simuláciách dve galaxie k sebe priblížili, čierna diera z menšej galaxie sa zachytila vo vonkajších oblastiach väčšej galaxie. Potom ju môžeme považovať za obyvateľa väčšej galaxie, a to aj vtedy, keď nie je ponorená do jej špirálového disku. Ako tím astronómov informoval v aprílovom vydaní časopisu Astrophysical Journal Letters, každá z 26 galaxií s hmotnosťou Mliečnej cesty, ktoré vedci sledovali, skončila priemerne s 12 superhmotnými čiernymi dierami. Päť čiernych dier (opäť priemer výsledkov) sa nachádzalo ďaleko od jadier svojich galaxií, až na okraji disku. Galaxie si svoje čierne diery zozbierali už veľmi skoro, v niektorých prípadoch počas prvých niekoľkých miliárd rokov svojej existencie, predtým než sa úplne sformovali ich špirálové ramená. Počas takého dlhého obdobia by mali čierne diery klesnúť do jadier svojich galaxií. Ale je to tak len v niektorých prípadoch.

Hľadanie presvedčivých príkladov

Čierne diery, ktoré neklesli do jadra galaxie, ale prežili splynutie galaxií ako tuláci, zaviedli ich obežné dráhy ďaleko nad alebo pod rovinu galaktického disku, kde je málo hviezd a plynu. Obsahuje teda aj Mliečna cesta ďalšie superhmotné čierne diery? Nedávne pozorovania naznačili, že by mohli existovať čierne diery strednej hmotnosti, ale niektorí astronómovia to spochybňujú. Predbežné údaje z astrometrickej družice GAIA poukazujú na to, že Mliečna cesta v posledných deviatich miliardách rokov nezhltla nič väčšie ako Veľký Magellanov mrak. Ak teda máme v našej galaxii nejaké tulácke super hmotné čierne diery, musia tu byť už dosť dlho. Museli by stráviť mnoho času v špirálovom disku a pravdepodobne by nemali dostatok plynu na akréciu, a teda na svoj rast a pozorovateľnú aktivitu. A pre nás by boli nepozorovateľné. Pátranie po takýchto objektoch zatiaľ neprinieslo presvedčivé výsledky. Spomínaný vedecký tím pracuje na spôsoboch, ako hľadať tieto putujúce superhmotné čierne diery.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 07/2018.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

RNDr. Zdeněk Komárek

Komentáre