Todd Boroson a Tod Lauer z amerického Národného observatória pre optickú astronómiu v arizonskom Tuscone sa pustili do údajov získaných vďaka programu systematického Sloanovho digitálneho mapovania oblohy (Sloan Digital Sky Survey). Zamerali sa na spektrálne analýzy 17 500 kvazarov v centrách vzdialených galaxií. Samozrejme, že bez príslušného softvéru by to bola úloha nad ľudské možnosti. Práve počítač ich upozornil na kvazar s netypickými spektrálnymi charakteristikami.
Kvazar nie je teleso
Prvý rádioteleskop zostrojil v roku 1931 americký fyzik a inžinier zo známych Bellových laboratórií Karl Guthe Jansky, potomok českých imigrantov. Zahájil tak éru rádioastronómie. Na prelome 50tych a 60tych rokov minulého storočia astronómovia poznali mnoho vesmírnych zdrojov rádiového žiarenia, ktoré pomocou optických ďalekohľadov identifikovali ako napríklad zvyšky po supernovách, alebo aktívne oblasti zrodu nových hviezd. Ale niektoré zdroje rádiových vĺn sa pre ďalekohľady snímajúce viditeľné svetlo javili len ako matnejšie bodové objekty – vzdialené „akoby hviezdy“. Preto ich nazvali kvazarmi (quasar - QUASi-stellAR radio source). Mali však pre hviezdy netypické spektrá žiarenia. Neskôr sa zistilo, že ide o zdroje aj z astronomického uhla pohľadu veľmi vzdialené a že sú to vlastne centrálne oblasti niektorých aktívnych galaxií viac ako 3 miliardy svetelných rokov ďaleko. Intenzívne žiarenie spôsobuje prítomnosť supermasívnej čiernej diery s hmotnosťou okolo miliardy našich Sĺnk, ale neraz aj oveľa viac.
Obrovské množstvá okolitej hmoty sú priťahované silnou gravitáciou, urýchľované na nepredstaviteľne vysoké, relativistické rýchlosti a v po špirále smrti v rotujúcom disku nenávratne miznúce za horizontom udalostí čiernej diery. Pri týchto dramatických procesoch sa mení veľká časť (vraj až do 50%) hmoty na intenzívne elektromagnetické žiarenie s rôznymi vlnovými dĺžkami od gama lúčov až po rádiové vlny, na ktorých sa veľmi intenzívne hlási asi štvrtina kvazarov, takže sú pre rádioteleskopy neprehliadnuteľné. Táto nenásytnosť v pohlcovaní okolitej hmoty odhaľuje extrémne masívne teleso – neutrónovú hviezdu, či čiernu dieru. Kvazarom však označujeme celé žiarenie emitujúce jadro vzdialenej galaxie, preto nie je nevyhnutnou podmienkou, že v jeho centre tróni jedna supermasívna čierna diera. Môžu sa tam nachádzať napríklad aj dve, ako dôsledok dávnej zrážky dvoch galaxií.
Navzájom k sebe najbližšie, na ceste k splynutiu
A práve to je prípad kvazaru SDSS 153636.22+044127.0, o ktorom píšu Boroson a Lauer v časopise Nature, vo vydaní z 5. marca. Podľa autorov by sa v centre 4 miliardy svetelných rokov vzdialeného kvazaru mali navzájom (presnejšie okolo spoločného ťažiska) obiehať dve masívne čierne diery v oveľa tesnejšej blízkosti, než aká bola doposiaľ zaznamenaná medzi pozorovanými binárnymi systémami týchto tajomných telies. Hmota v čiernych dierach skolabovala natoľko, že nám uniká čo len predstava o jej charaktere, jej hustota je v centre nekonečná, čiže je nekonečná aj gravitačná sila a nekonečne je zakrivený i časopriestor. V jadre čiernej diery tak vzniká fyzikálne a matematicky nepolapiteľná singularita. Svet sa smerom k svojim limitným hraniciam na oboch stranách rozmerovej škály správa pre nás veľmi prazvláštne.
Doposiaľ je známych niekoľko kandidátov, ktorí by mali tvoriť binárny systém dvoch čiernych dier, ale dvojica v skúmanom kvazare má k sebe najbližšie. Hodnoty kozmologických červených posunov prezrádzajú, že obe telesá sú v rovnakej vzdialenosti od Zeme a „len“ 3 bilióny kilometrov (asi desatina parseku, alebo tretina svetelného roka), ktoré ich navzájom delia sú presvedčivým argumentom, že sú vzájomne gravitačne späté. Navyše je možné ich dráhu časom testovať. Pretože sú tak blízko seba a rútia sa priestorom asi 6 tisíc kilometrov za sekundu, súčasná perióda obehu okolo spoločného ťažiska by mala byť len asi 100 rokov. A tak presnejšie detaily osudu tejto dvojice pomôžu odhaliť ďalšie merania s odstupom niekoľkých rokov. Podľa terajších poznatkov je pravdepodobné, že obe čierne diery budú čoraz v užšom gravitačnom objatí, až napokon, za nejaké tie miliardy rokov splynú v jednu. Z meraní a ich analýz vyplynuli aj približné hmotnosti oboch čiernych dier – jedna je asi 20 miliónov a druhá asi 800 miliónov krát hmotnejšia než naše Slnko.
Ako rozoznať dve blízke čierne diery vzdialené miliardy svetelných rokov?
Ako sa však astronómovia dozvedeli, že ide o binárny systém, keď sa na diaľku 4 miliárd svetelných rokov pre ďalekohľady javí ako samostatný bodový zdroj? Prezradilo im to spektrum elektromagnetického žiarenia. Vedci totiž pri spektrálnej analýze zistili dva systémy emisných spektrálnych čiar, charakteristických pre hmotu, ktorá obrovskou rýchlosťou rotuje okolo čiernej diery. Takáto hmota sa od pozorovateľa na Zemi buď vzďaľuje, alebo k nemu približuje. Podľa toho sa jednotlivé spektrálne čiary emitovaného žiarenia posúvajú smerom k dlhším, respektíve ku kratším vlnovým dĺžkam. Pretože súčasne pozorujeme hmotu rútiacu sa okolo čiernej diery smerom od nás i k nám, každá spektrálna čiara je zároveň rozšírená oboma smermi zároveň. Astronómov prekvapili dve takéto, navzájom nezávislé sady rozšírených spektrálnych línií. Sú typické pre dva obrovské disky extrémne rýchlo rotujúcej hmoty.
„Za rohom“ je ďalšia dvojica čiernych dier
O tom, že astronomické pozorovania dvojíc pravdepodobne vzájomne gravitačne spätých čiernych dier nie sú až tak výnimočné, svedčí aj článok , ktorý koncom februára vyšiel v odbornom časopise Astrophysics. Skupina amerických astronómov z rôznych vedeckých inštitúcií v ňom uverejnila výsledky z rádiových pozorovaní 750 miliónov svetelných rokov vzdialenej rádiovej galaxie 0402+379. Vedci pomocou systému pozemných rádioteleskopov Very Long Baseline Interferometry odhalili dve absorpčné spektrálne čiary, charakteristické pre neutrálny vodík (vlnová dĺžka 21 cm). Podrobnejšia analýza tohto absorpčného spektra, označovaného ako H I – spresnenie rozloženia optickej hustoty a detailov v posune k červenému a modrému koncu spektra – doviedla autorov k presvedčeniu, že ide o prejav dvoch čiernych dier navzájom vzdialených 24 svetelných rokov (7,3 parsekov) s predpokladanou obežnou dobou 150 tisíc rokov. Doposiaľ táto dvojica čiernych dier viedla v rebríčku najtesnejšieho vzájomného obehu.
Krátke video o tom, ako astronómovia postupne odhaľovali tajomstvá objektov, ktoré na začiatku objavovania nazvali „akoby-hviezdnymi zdrojmi rádiového žiarenia“ - QUASi-stellAR radio source - QUASAR
Zdroj:
DISCOCVER Magazine
NATURE
NOAO
Diskuze:
