Již jsme si zvykli na představu, že v centrech galaxií trůní tajemná monstra, která vzdorují jak naší snaze si je prohlédnout, tak pokusům pochopit jejich podstatu, natož nějak prověřovat možné hypotézy. Černou díru samotnou nevidíme, ale dokážeme i na vzdálenost miliard světelných let zaregistrovat záření gigantických mas hmoty, když se do ní po spirální dráze řítí stále rychleji. Podobně jako voda ve vaně, když vytáhneme špunt. Hmota vytváří obrovský akreční disk okolo takzvaného horizontu událostí černé díry - hranicí mezi tímto světem, ve kterém můžeme jevy pozorovat a neproniknutelným nenávratnem. Na horizontu událostí se úniková rychlost z gravitační pasti rovná rychlosti světla. Co se děje za touto oponou, o tom můžeme již jen teoretizovat. Před ní ale probíhá velké drama.
Urychlovaná hmota akrečního disku se zahřívá, ionisuje, září a generuje intenzivní magnetické pole. To, spolu s tlakem záření má na svědomí obrovské jety – soustředěné proudy na relativistické rychlosti akcelerovaných ionisovaných částic, zejména elektronů, ale i protonů, tryskajících podél rotační osy na obě strany krmící se černé díry. Mechanismy, které jety způsobují, jsou zahalené mnohými tajemstvími a patří mezi nejzajímavější cíle astrofyzikálního výzkumu. Díky nim registrujeme ty nejzářivější, nejenergetičtější objekty pocházející z dob raného vesmíru – kvazary. Teorie říká, že jde o centra časoprostorově velmi vzdálených galaxií, v nichž sídlí gigantické černé díry někdy až miliardy násobně hmotnější než Slunce, překrmující se kvanty další hmoty. Přesněji, je to obraz z dob před miliardami let, kdy dynamické procesy vyzářily fotony, které teď registrujeme. Podobné, i když neporovnatelně méně energetické jevy můžeme pozorovat i u známějších a bližších objektů, jenž gravitačně strhávají k sobě okolní hmotu – například u neutronových hvězd, bílých trpaslíků, nebo rodících se protohvězd.
Nebo u menších černých děr, které vůbec nejsou středobodem galaxie. Právě naopak, můžou se nacházet někde na její periferii. Jak vyplývá z pojmenování mikrokvazar, taková pažravá černá minidíra v mnohém imituje velkolepost svých podstatně starších a stovky milionů krát hmotnějších kolegyň. Také, když má v dosahu svého gravitačního působení dostatek hmoty, vytváří se okolo ní akreční disk a podél rotační osy na obě strany tryskají proudy nabitých částic s extrémní energií. Mikrokvazar je tedy další životní stadium supermasivní hvězdy, jež v závěru své zářivé kariéry v gigantické explozi, kterou nazýváme supernova, odvrhla svoje vnější vrstvy a její hvězdné jádro zkolabovalo v černou díru. Je to důsledek velkého vítězství obrovské gravitace nad opačně působícím tlakem záření, kterému "došlo palivo". Toto definitivní vítězství se projevuje i tím, že stadium supernovy u supermasivní hvězdy vystřídá mikrokvazar – malá černá díra krmící se vším, co zůstalo v její gravitační pasti.
Mikrokvazary, na rozdíl od kvazarů nejsou extrémně vzdálené, dokonce je máme i v naší Galaxii. Ten nejbližší se nachází v souhvězdí Střelce „jenom“ 1 500 světelných let daleko. Malá černá díra o hmotnosti 10 Sluncí pomalu okrádá svou o něco lehčí hvězdnou partnerku s hmotností asi 5 až 8 Sluncí. Další mikrokvazar v Mléčné dráze je vzdálený 40 tisíc světelných let a promítá se nám do souhvězdí Orla. Známe ho již 18 let.
Mikrokvazar o kterém teď v odborném časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society informoval mezinárodní tým astronomů pod vedením Manfreda Pakulla z University ve Štrasburku, se nachází v cizí galaxii označené NGC 7793, vzdálené asi 13 milionů světelných let. Vidět jí můžeme jenom pomocí profesionálního dalekohledu v souhvězdí Sochaře (Sculptor). Kombinace pozorování z australského radioteleskopu ATCA (Australia Telescope Compact Array), rentgenové kosmické sondy Chandra, soustavy dalekohledů Very Large Telescope (VLT) v Evropské jižní observatoři umožnila nahlédnout za oponu mlhoviny S26, jež na okraji NGC 7793 obklopuje černou díru s hmotností desetinásobku našeho Slunce, čemuž odpovídá oblast ohraničená horizontem událostí s průměrem asi 30 km.
Velikost samotné mlhoviny S26, jejíž materiál pochází zejména z vnějších vrstev masivní hvězdy, která explodovala jako supernova, se ale měří v zcela jiných jednotkách – má rozměry přibližně 980 x 490 světelných let. Ani porovnání se Sluneční soustavou neposkytuje pro představivost dostatečnou berli – je to asi zhruba 300 tisíc krát 150 tisíc násobně více.
Samotné jádro – černou díru – samozřejmě astronomové nevidí. Ale jako u kvazaru, tak i u mikrokvazaru vidí důsledky silné gravitace – extrémně urychlovanou a ohřátou hmotu v akrečním disku v centrální oblasti a pak ve vzdálenosti asi 65 světelných let na obě strany dvě horké skvrny intenzivně zářící zejména v rádiové, ale i v rentgenové oblasti světla. Je to projev interakce zmíněných vysoceenergetických jetů částic s hmotou mlhoviny, která se prudce zahřívá, ionizuje a září. „Měření energie jetů tryskajících z černé díry a jejich tepelného působení na hmotu okolní mlhoviny je obvykle dosti obtížné,“ zdůrazňuje člen týmu, Roberto Soria z University College London. „Tento neobyčejný objekt za našimi „humny“, jenž je jakousi bonsají mezi radiovým kvazary, skýtá výjimečnou příležitost pro studium energetické bilance jetů.“
Měření v optické, rentgenové i rádiové oblasti spektra umožnila spočítat, že i když jde o intenzivní rádiový zdroj, na tento typ záření se proměňují jenom tisíciny celkové energie jetů a na svědomí ho mají relativistické elektrony urychlené na rychlosti blízké rychlosti světla. Když se pohybují v magnetickém poli, emitují takzvané synchrotronní záření. Zbytek energie jetů si odnášejí protony, atomová jádra a nerelativistické elektrony, které způsobují ohřev a přispívají k rozpínání okolního oblaku, které dosahuje 250 km/s.
Video: Když má černá díra v gravitačním dosahu hmotu, přitahuje jí po spirální dráze k sobě. Hmota tak vytváří v rovině rovníku akreční disk, ve kterém se stále rychleji řítí vstříc svému zmizení z pozorovatelného světa. Přitom se zahřívá, ionisuje, září a generuje silné magnetické pole. Výsledkem těchto dynamických procesů jsou jety – soustředěné proudy nabitých částic – protonů a elektronů - urychlených až na 90 % rychlosti světla (relativistické rychlosti), tryskajících podél rotační osy. Tyto relativistické ionty pohybující se podél siločar magnetického pole emitují takzvané synchrotronní záření.
Miniaturní verzí kvazaru je mikrokvazar. V jeho centru nemusí být nevyhnutně černá díra, i hmotná neutronová hvězda produkuje stejné divadlo, když se obohacuje o další hmotu. Jejím zdrojem nemusí být mlhovina, také materiál gravitačně kradený z povrchu hvězdného průvodce se chová stejně a okolo malého, ale hmotného nenasyty vytváří akreční disk a podél rotační osy jety.
Zdroje: CSIRO news
Článek: Roberto Soria, Manfred W. Pakull, Jess W. Broderick, Stephane Corbel, Christian Motc:. “Radio lobes and X-ray hotspots in the microquasar S26.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. arXiv