Čierne diery pred splynutím

Astronómovia objavili dvojicu superhmotných čiernych dier, ktoré krúžia okolo seba s obežnou dobou dva roky. Tím astronómov zachytil tieto čierne diery pred splynutím do jedného objektu.

Umelecká predstava o zrážke dvoch čiernych dier, ilustrácia Mark Myers, ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav)

V histórii pozorovaní je to len po druhý raz, čo pozorujeme takýto vesmírny tanec a tento pár je ešte tesnejšie pri sebe než ten predchádzajúci. Ponúka unikátny pohľad na to, ako sa takéto páry vyvíjajú v čase.

Blazar

Spomínaná dvojica čiernych dier sa nachádza asi 9 miliárd svetelných rokov od nás, v jadre veľmi vzdialenej galaxie. Ako sa jedna z nich kŕmi okolitou hmotou, vytvára rádiový výtrysk, ktorý je nasmerovaný presne k našej Zemi. Takéto objekty, ktoré nazývame blazary, sú obyčajne krátkotrvajúce a náhodne sa zjasňujúce a zoslabujúce objekty. Člen tímu Anthony Readhead z Caltechu v USA však spozoroval pri tomto blazare niečo neobyčajné. Tento objekt označený ako PKS 2131-021 už v roku 2008 začal nielen periodicky, ale aj sinusoidálne meniť svoju jasnosť. Inými slovami, zmeny jeho jasnosti sledovali vlnovkový vzor, ktorý sa opakoval každých niekoľko rokov.
Keby bol priebeh jasnosti úplne pravidelný a nie práve zhodný s priebehom svetelných zmien blazara, potom by sa mala jeho jasnosť takto periodicky a stabilne meniť dlhší čas. Lenže vedecký tím by potreboval zbierať dáta desiatky rokov, aby mohol potvrdiť takéto správanie. Preto sa astronómovia vydali cestou hľadania zmien jasnosti tohto objektu v starších pozorovaniach. Najstaršie pozorovania, ktoré sa im podarilo získať, pochádzali z roku 1980. Potom sa však k tímu pripojila študentka z Caltechu Sandra O’Neillová, ktorá vylovila staršie pozorovania z Haystack Observatory. Boli to pozorovania z rokov 1975 až 1983. Podarilo sa určiť, že maximum jasnosti tohto blazara bolo v roku 1976, presne ako by to vyplývalo z predpovede podľa sinusoidálnych zmien jasnosti.

Zrážka ťažkých váh

Ilustrácia Caltech/R. Hurt (IPAC)

Keď sme zistili, že maximá a minimá krivky súhlasia s predpoveďou, vedeli sme, že sa deje niečo zvláštne, poznamenala S. O’Neillová. Dôvod takejto pravidelnosti zmien jasnosti nebol ihneď známy, ale Roger Blandford zo Standfordovej univerzity si vzal na pomoc modelovanie fyzikálnych javov, ktoré by sa tu mohli prejavovať. Našiel tak dôkaz, že kľúčom k vysvetleniu správania blazara bola prítomnosť druhej čiernej diery. Jasnosť výtrysku kolíše s obežnou periódou páru čiernych dier. Sinusoidálne zmeny jasnosti naznačujú, že dve superhmotné čierne diery obiehajú okolo seba približne raz za dva roky a ich vzájomná vzdialenosť je približne 50-krát väčšia, než je vzdialenosť Pluta od Slnka, t. j. asi 2 000 au (astronomických jednotiek), čo je 300 miliárd km. Jediný astronómom známy ďalší takýto podobný pár, označený OJ 287, má obežnú dobu čiernych dier 9 rokov.
Tesná dráha s len dvojročnou obežnou dobou znamená, že superhmotné čierne diery v srdci PKS 2131-021 by sa mali zraziť o približne 10 000 rokov, čo je v astronómii len okamih. Pri tomto procese sa uvoľní obrovské množstvo energie vo forme gravitačných vĺn – vlniek v samotnej štruktúre priestoru. Gravitačné vlny, ktoré sa nám na Zemi podarilo pozorovať pomocou zariadení ako LIGO, Virgo a KAGRA, k nám dorazili zo splynutia menších (stelárnych, teda hviezdnych) čiernych dier. Tie majú hmotnosti desiatky až stovky hmotností Slnka.
Superhmotné čierne diery v jadrách galaxií sú však ťažké váhy – ich hmotnosť sa ráta v miliónoch až miliardách hmotností Slnka. Superhmotné čierne diery v jadre PKS 2131-021 s hmotnosťami stámiliónov slnečných hmotností vyprodukujú gravitačné vlny s frekvenciami príliš nízkymi na to, aby ich naše detektory boli schopné zaregistrovať. Sledovanie pravidelných signálov rýchlo rotujúcich neutrónových hviezd – pulzarov – však môže pomôcť objaviť aj takéto signály.

RNDr. Zdeněk Komárek

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 5/2022. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre