Čeští vědci mají zásluhy na zkoumání hmoty kolem černé díry

Vědecká pozorování černé díry o hvězdné hmotnosti v souhvězdí Labutě odhalují nové detaily o uspořádání extrémně horké hmoty v bezprostředním okolí této černé díry, pojmenované Cygnus X-1. Oznámil to americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA). Na objevu se podílejí i čeští odborníci z Astronomického ústavu Akademie věd ČR.

Při padání do černé díry se hmota zahřívá na miliony stupňů, tento horký plyn vyzařuje rentgenové záření.

Vědci používají měření polarizace těchto rentgenových paprsků, aby otestovali a zlepšili stávající modely, které popisují, jak černé díry polykají hmotu a jak se z nich stávají jedny z nejsvítivějších zdrojů rentgenového záření ve vesmíru.

Nová měření Cygnus X-1, publikovaná ve čtvrtek v odborném časopise Science, představují vůbec první taková pozorování černé díry vtahující hmotu. Byla pořízena rentgenovou vesmírnou observatoří Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), mezinárodní misí NASA a italské kosmické agentury ASI.

Jeden z nejjasnějších rentgenových zdrojů

Systém Cygnus X-1 je jedním z nejjasnějších rentgenových zdrojů v naší Galaxii, připomíná NASA. Tvoří jej černá díra o hmotnosti 21krát větší, než je hmotnost Slunce, v oběhu s doprovodnou hvězdou o hmotnosti 41násobku hmoty Slunce.

„Předchozí rentgenová pozorování černých děr měřila pouze energii, směr a čas příletu rentgenových paprsků z horkého plazmatu stáčejícího se do černé díry,“ popsal hlavní autor studie Henric Krawczynski, profesor fyziky na Washingtonově univerzitě v St. Louis a člen univerzitního centra McDonnell pro kosmické vědy.

„IXPE měří také jejich lineární polarizaci, která nese informaci o tom, jak byly rentgenové paprsky vyzářeny a zdali a kde se odrazily od látky v blízkosti černé díry,“ dodal.

Žádné světlo, ani to rentgenové, neunikne zpod tzv. horizontu událostí černé díry. Rentgenová emise detekovaná IXPE je vyzařována horkou látkou neboli plazmatem, v oblasti o průměru dvou tisíc kilometrů kolem 60kilometrového horizontu událostí černé díry.

Zkombinování dat z IXPE se souběžnými rentgenovými pozorováními ze sond NICER a NuSTAR americké NASA letos v květnu a červnu umožnilo autorům určit uspořádání, tedy tvar a polohu plazmatu kolem černé díry v Cygnus X-1.

Vědci zjistili, že plazma se rozpíná kolmo na oboustranný úzký plazmový výtrysk, tzv. jet. Odpovídající uspořádání směru polarizace rentgenového záření se směrem jetu silně podporuje hypotézu, že procesy v rentgenově jasné oblasti blízko černé díry hrají podstatnou roli při spouštění těchto výtrysků.

Odhalit, jak k sobě černé díry přitahují hmotu

Pozorování se shodují s modely, které předpovídají, že tzv. koróna horkého plazmatu buď nahrazuje vnitřní část disku hmoty vinoucí se směrem k černé díře, nebo tento disk obklopuje „jako sendvič“.

Lepší porozumění struktuře plazmatu kolem černé díry může odhalit hodně o tom, jakým způsobem černé díry k sobě přitahují hmotu. „Tyto nové pohledy umožní vylepšené rentgenové studie, jak gravitace zakřivuje prostor a čas v okolí černých děr,“ poznamenal Krawczynski.

„Pozorování IXPE odhalují, že tok hmoty navíjející se na černou díru je viděn více zboku, než se dříve myslelo,“ vysvětlil spoluautor studie Michal Dovčiak z Astronomického ústavu AV ČR.

„To by mohla být známka nesouladu mezi orientací rotace černé díry a celého binárního systému,“ doplnila spoluautorka studie Alexandra Veledinová z univerzity ve finském Turku. „Této rozdílné orientace mohl systém nabýt, když hvězdný předchůdce nynější černé díry explodoval.“

Příspěvek českého týmu k objevu

  • vytváření unikátních modelů pro rentgenová polarimetrická data
  • analýza a interpretace naměřených spektrálních a polarizačních dat
  • plánování pozorování s družicemi IXPE, NICER a NuSTAR
  • simulace pozorování pro odhad délky expozičního času při jeho přípravě

Zdroj: novinky.cz
Ilustrační obrázek: freepik.com