Ilustrace pohybu hvězdy S2 kolem supermasivní černé díry Sgr A*. Kredit: ESO/L. Calçada.

Když ve vesmíru něco kolem něčeho obíhá, tak to má obvykle eliptickou nebo více méně kruhovou oběžnou dráhu. Pro hvězdu známou jako S2, která krouží v samotném jádru Mléčné dráhy kolem našeho domácí monstra, supermasivní černé díry o hmotnosti přes 4 miliony Sluncí, která je známá jako Sagittarius A* (Sgr A*), to ale rozhodně neplatí.

30 let pozorování S2 ukázalo, že tahle hvězda obíhá supermasivní černou díru po dráze, která intenzivně připomíná obrázek ze spirografu. A nejde jen o eleganci. Pozorování hvězdy S2 opět potvrzují předpovědi obecné relativity. Einstein měl zase jednou pravdu.

Reinhard Genzel. Kredit: ESO/M. Zamani.

Oběžné dráhy planet Sluneční soustavy, Zemi nevyjímaje, jsou při bližším pohledu složité. V rámci různých cyklů rozmanitě kolísají. Slunce, kolem něhož planety obíhají, je ale stále víceméně v jejich středu. S hvězdou S2 je to ale úplně jiné. Obíhá kolem supermasivní černé díry po elipse, ale černá díra přitom není ve středu, nýbrž blízko okraje elipsy. Díky drtivé gravitaci supermasivní černé díry Sgr A* hvězda S2 při přibližování k černé díře zrychluje, a když se opět vzdaluje, tak zase zpomaluje.

Astronomové studují hvězdu S2 již celá desetiletí. Právě neobvyklá oběžná dráha této hvězdy představovala jeden z prvních důkazů, že Sgr A* je doopravdy supermasivní černá díra. Astrofyzik Reinhard Genzel z německého institutu Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics v Garchingu a jeho početní kolegové nedávno zjistili, že oběh hvězdy S2 kolem supermasivní černé díry Sgr A* je ještě divnější, něž jsme si mysleli. Díky působení ohromující gravitace černé díry se neustále mění poloha oběžné dráhy hvězdy. Po větším počtu oběhů vytváří oběžná dráha hvězdy S2 obrazec, který důvěrně připomíná kresbu ze spirografu. Tomuto jevu se říká Schwarzchildova precese a je to poprvé, co jsme ji pozorovali u hvězdy obíhající černou díru.

Spirograf od firmy Palitoy z osmdesátých let. Kredit: Multicherry / Wikimedia Commons.

Tenhle výzkum byl velmi náročný, v neposlední řadě, i pokud jde o čas. Hvězdě S2 to trvá 16 pozemských let, než jednou oběhne kolem supermasivní černé díry. Aby vědci mohli potvrdit, že u hvězdy S2 skutečně dochází ke Schwarzchildově precesi, museli ji pozorovat 27 let. Během té doby udělali celkem 330 měření pozice hvězdy a její rychlosti na oběžné dráze. K pozorování posloužilo několik přístrojů na teleskopech soustavy Very Large Telescope (VLT) v Chile.

Výsledky výzkumu podpořily Einsteinovu obecnou relativitu, a také přinesly významné poznatky o bezprostředním okolí pozoruhodného objektu Sgr A*, například v souvislosti s rozložením temné hmoty nebo případných menších černých děr v okolí supermasivní černé díry. To je důležité pro výzkum vzniku a evoluce supermasivních černých děr, které stále obestírá řada nejasností a otázek.

Video: Artist’s animation of S2’s precession effect

Video: Simulation of the orbits of stars around the black hole at the centre of the Milky Way

Literatura

European Southern Observatory 16. 4. 2020.

Astronomy & Astrophysics 636: L5.