Zvětšit obrázek

Obří hvězda o hmotnosti 70 sluncí (modrý objekt) obíhá v systému M33 X-7 těžkou černou díru, která váží jako 16 sluncí. Kredit – NASA/CXC/M.Weiss

Hvězdy těžší než je naše Slunce končí svůj život explozí supernovy, při které je do okolního prostoru odvrženo množství materiálu z jejich atmosféry, zatímco zbylé jádro se zhroutí. Při nižších hmotnostech původní hvězdy je výsledkem neutronová hvězda. Dosahuje-li ovšem počáteční hmotnost asi 20 sluncí, gravitační kolaps nezadržitelně končí až černou dírou. Její hmotnost už ovšem zdaleka nedosahuje takové hodnoty jako měla původní hvězda.

Všechny až doposud objevené černé díry, které vznikly touto cestou, a jejichž hmotnosti se vědcům podařilo změřit, vážily 10 hmotností Slunce a méně. Někteří odborníci se proto domnívají, že toto je horní hranice hmotnosti pro takové objekty. Podporují je v tom současné modely, podle kterých tak hmotné hvězdy během svého vývoje ztrácejí hmotnost v příliš velkém množství, než aby z nich mohly těžší černé díry vůbec vzniknout.

Nyní se ale objevila pro tyto předpoklady velká výzva. Astronomové totiž objevili černou díru, která je významně těžší než je dosud předpokládaná horní hranice. Černá díra M33 X-7 byla nalezena v dvojhvězdném systému, jež se nachází v galaxii M33. Tu na obloze můžeme pozorovat v souhvězdí Trojúhelníku. Ve skutečnosti leží ve vzdálenosti 3 miliónů světelných roků od nás.

Na základě dat získaných rentgenovou observatoří Chandra a optickým dalekohledem Gemini North na Havaji došli astronomové k závěru, že pozorovaná černá díra má hmotnost 15.7 hmotnosti Slunce. „Tento objev provokuje celou řadu otázek o tom jak taková velká černá díra může vzniknout,“ říká Jerome Orosz (San Diego State University), hlavní autor studie publikované v časopise Nature.

Černé díry nejsou pozorovatelné přímo. Obvykle je zaznamenán jejich gravitační vliv na okolní hvězdy a rentgenové záření z jejich těsného okolí, jež souvisí s materiálem, který na černou díru padá.

Zvětšit obrázek

Tento snímek byl složený z dat observatoře Chandra a Hubbleova kosmického dalekohledu. Nejjasnější objekt na snímku je M33 X-7, ostatní jsou mladé a hmotné hvězdy v jeho okolí. Kredit – X-ray: NASA/CXC/CfA/P.Plucinsky et al.; Optical: NASA/STScI/SDSU/J.Orosz et al.

M33 X-7 je výjimečná v tom, že ji obíhá hmotná hvězda, která způsobuje její pravidelné zákryty. Protože rovina oběžné dráhy hvězdy protíná naši Zemi, můžeme každého 3,5 dne pozorovat útlum rentgenového záření z okolí černé díry. Toto neobvyklé uspořádání umožnilo vědcům stanovit hmotnosti páru velmi přesně. Ukazuje se, že i průvodce je svým způsobem výjimečným objektem – jeho hmotnost totiž dosahuje 70 sluncí.

Zvětšit obrázek

Optický snímek dalekohledu Gemini North ukazuje část galaxie M33, ve které byla těžká černá díra pozorována. Kredit – AURA/Gemini Obs./SDSU/J.Orosz et al.

„Je to mohutná hvězda, která má za partnera mohutnou černou díru,“ komentuje tuto skutečnost spoluautor studie Jeffrey McClintock (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) a dodává: „Průvodce se nakonec také stane supernovou a budeme zde mít pár černých děr.“

Celý pár se tak svými vlastnostmi vymyká současným představám. Původní hvězda, ze které vznikla tato těžká černá díra musela mít ještě větší hmotnost než má dnešní souputník černé díry. Jinak by se v jeho těsné blízkosti nemohla tak hmotná černá díra vůbec vytvořit. Poloměr takové hvězdy by ale byl tak velký, že by oba dva členové dvojhvězdy sdílely společnou atmosféru. Astronomové v takovém případě hovoří o fázi společné hvězdné obálky.

Jenže z takového systému je v průběhu vývoje ztraceno tak obrovské množství materiálu, že by zde nezbylo na vytvoření černí díry o takové hmotnosti, jaká je ovšem pozorována. Předchůdce černé díry proto musel hmotu ztrácet tempem 10krát nižším než ukazují modely.

M33 X-7 je tak unikátním objektem, který poskytuje vědcům možnost otestovat si nejrůznější modely hvězdného vývoje.

Zdroje:
Chandra X-Ray Center Press release
Space.Com