Zvětšit obrázek

Jinak neviditelné černé díry může prozradit rentgenové záření hmoty, která na ně přetéká z blízké hvězdy.
Kredit - ESA, NASA and Felix Mirabel

Kulové hvězdokupy jsou poměrně husté útvary tvořené tisíci až milióny velmi starých hvězd. Jsou uspořádány do kulového tvaru, z čehož vychází jejich název. Průměr tohoto útvaru činí maximálně jen několik stovek světelných roků. Ve středových částech hvězdokup je hustota hvězd až tisíckrát vyšší než v okolí Slunce. Kulové hvězdokupy jsou rozloženy symetricky kolem středu Galaxie. Odhaduje se, že v Mléčné dráze se nachází asi 200 kulových hvězdokup. Jiné galaxie jich ovšem mohou obsahovat až několik tisíc.

Zvětšit obrázek

Kulové hvězdokupy jsou velmi kompaktní, husté útvary tvořené velmi starými hvězdami.
Kredit - ESA/Hubble

Jednou z takových galaxií je i NGC 4472 (M49), která se nalézá ve vzdálenosti 50 miliónů světelných let a je součástí galaktické kupy v souhvězdí Panny. A právě na tuto galaxii a její kulové hvězdokupy se zaměřil tým vedený astronomem Tomem Maccaronem z University of Southampton (UK). K pátrání po přítomnosti černých děr v kulových hvězdokupách využili vědci rentgenový dalekohled Evropské kosmické agentury XMM-Newton, který zkoumá vesmír z oběžné dráhy.

O přítomnost černých děr uvnitř těchto starobylých útvarů nebyli dosud astronomové přesvědčeni. Ba právě naopak, řada z nich se domnívá, že černé díry v kulových hvězdokupách stručně řečeno nemohou příliš dlouho vydržet. Počítačové modely naznačují, že černá díra, která vznikne zhroucením hmotné hvězdy, se nejdříve „potopí“ do centra kulového hvězdokupy, protože zde patří mezi nejhmotnější objekty.

Zvětšit obrázek

Snímek eliptické galaxie M49, která se nachází ve vzdálenosti 50 miliónů světelných roků v souhvězdí Panny.
Kredit - NOAO/AURA/NSF

Hustota hvězd v centru je vysoká a tak je možné, že dojde ke vzniku binárního objektu - ať už sblížením s jinou černou dírou či obyčejnou hvězdou. V prvním případě ovšem gravitační tanec způsobí, že jedna či dokonce obě dvě černé díry jsou vymrštěny ven z kulové hvězdokupy.

Pokud by se ovšem černá díry stala součástí binárního systému, ve kterém druhou složku tvoří normální hvězda, má šanci se uvnitř hvězdokupy nejen udržet, ale i nadále růst odsáváním hmoty ze svého společníka. Ačkoliv jsou černé díry neviditelné - ostatně jak napovídá samotný jejich název - právě tok plynu z hvězdy na černou díru je obvykle důkazním materiálem pro její existenci. Dopadající hmota se pohybuje obrovskou rychlostí, zahřívá se na extrémně vysoké teploty a výrazně září. A to zejména v rentgenovém oboru spektra.

Právě proto byla na pátrání použita rentgenová observatoř. Vědci byli připraveni na dlouhé, systematické hledání stopy i jediné černé díry. Ve skutečnosti ale byli velmi překvapeni tím, jak rychle jednu z nich našli. „… nalezli jsme jednu hned jak jsme začali pátrat. Byla to teprve druhá kulová hvězdokupa, na kterou jsme se podívali,“ komentuje nečekaně rychlý objev Tom Maccarone.

Už dříve bylo zaznamenáno rentgenové záření z několika jiných kulových hvězdokup. V žádném z těchto případů nebylo možno ale prokázat, že skutečně pochází z hmoty dopadající na černou díru. Existují totiž i alternativní vysvětlení těchto jevů. Podobně by se mohla projevovat skupina neutronových hvězd, které by byly tak blízko sebe, že by je na velkou vzdálenost nebylo možno rozlišit.

Nyní jsou ale vědci přesvědčeni, že nalezli velmi silné důkazy pro existenci právě černé díry. Jednak je rentgenové záření produkované z kulové hvězdokupy tak intenzivní, že ani několik neutronových hvězd nasávajících hmotu ze svého okolí by nestačilo na jeho vysvětlení. A druhak intenzita záření tohoto rentgenového zdroje se příliš výrazně mění. Více objektů by muselo být velmi dobře synchronizováno, aby způsobilo takové změny v intenzitě záření, což je velmi nepravděpodobné.

Zvětšit obrázek

Rentgenová observatoř ESA XMM-Newton na oběžné dráze podle představy kreslíře. Kredit - ESA

To jsou mnohem silnější důkazy než jaké byly nalezeny v minulosti,“ dodává k objevu Tom Maccarone. A Vicky Kalogera (Northwestern University, Illinois, USA), která se zabývá teoretickými studiemi ohledně černých děr v kulových hvězdokupách, s ním souhlasí. Podle jejího názoru je dokonce možné, že černé díry jsou přítomny v každé kulové hvězdokupě. Ale jen jenom někdy mají blízkého společníka, který je přetékáním hmoty prozradí. A to je důvod, proč je tak obtížně je detekovat.

Intenzita rentgenového záření je tak vysoká, že převyšuje tzv. Eddingtonovu mez pro černou díry hvězdného typu. To naznačuje, že by se ve skutečnosti mohlo jednat o černou díru střední velikosti. Astronomové vědí o gigantických černých dírách s hmotnostmi miliónů až miliard hmotností Slunce, které sídlí v jádrech galaxií včetně té naší. Také objekty známé jako kvasary patří mezi tyto obří černé díry. Na druhé straně máme hvězdné díry o hmotnostech kolem deseti Sluncí, které vznikají gravitačním kolapsem těžkých hvězd. Odhaduje se, že jenom v naší Galaxii existují milióny takových černých děr.

Vědci ovšem spekulují o tom, že mezi těmito dvě extrémy existují i další černé díry - jejich hmotnosti by měly dosahovat tisíců hmotností Slunce. Tyto černé díry střední velikosti by tak mohly být chybějícím článkem mezi hvězdnými černými děrami a giganty v jádrech galaxií.

Existuje možnost, že taková černá díra vznikne z černé díry hvězdného typu splýváním s jinými podobnými objekty nebo nasávání hmoty z okolního vesmíru. Pokud by takový objekt dosáhl hmotnosti kolem 100 Sluncí, „už má dobrou šanci, že přežije tlaky života v kulové hvězdokupě,“ říká Arunav Kundu (Michigan State University), který je spoluautorem článku o objevu publikovaném v časopise Nature. A to činí tento objev ještě zajímavějším. Možná vědci zachytili černou díru, která „roste“ do střední velikosti. Tím by se naskytla unikátní šance studovat zástupce této zatím spíše teoretické skupiny kosmických objektů.

Zdroj:
ESA Press release
NewScientist.Com