Lovci černých děr zaznamenali rekord

ESO 004/10 tisková zpráva

Astronomové využívající dalekohled ESO/VLT identifikovali v cizí galaxii černou díru hvězdné hmotnosti, která je mnohem dále než všechny ostatní dosud známé objekty tohoto typu. Svou hmotností 15krát převyšuje Slunce a je tak druhou nehmotnější hvězdnou černou dírou, jaká byla zatím objevena. Objekt je navíc vázán v systému s další hmotnou hvězdou, která se v budoucnu také stane černou dírou. 
 
Hvězdné černé díry [1], které vědci nalézají v naší Galaxii, váží do desetinásobku hmotnosti Slunce a jistě je tedy nelze pokládat za lehké. V některých cizích galaxiích by však mohly představovat pouze 'lehké váhy'. Astronomové totiž objevili objekt stejného typu, který je 15krát hmotnější než Slunce. Takto hmotné hvězdné černé díry byly dosud nalezeny jen tři.  

Nově objevená černá díra se nachází ve spirální galaxii NGC 300 ve vzdálenosti asi 6 milionů světelných let od Země. “Jde o doposud nejvzdálenější hvězdnou černou díru, která byla ‚zvážena‘, a zároveň první nalezenou mimo Místní skupinu galaxií”, říká Paul Crowther, profesor astrofyziky na univerzitě v Sheffieldu, který je hlavním autorem článku oznamujícího objev. Černá díra má navíc velmi neobvyklého průvodce. Je jím Wolf-Rayetova hvězda o hmotnosti 20krát převyšující Slunce. Wolf-Rayetovy hvězdy jsou objekty poblíž konce svého života, které těsně před tím, než explodují jako supernova a jejich jádro se zhroutí v černou díru, odvrhují do okolního prostoru své vnější obálky.

V roce 2007 zkoumal rentgenový satelit SWIFT (NASA) okolí nejjasnějšího zdroje rentgenového záření v galaxii NGC 300, který byl dříve objeven evropskou družicí XMM-Newton. "Zaznamenali jsme extrémně intenzivní periodické rentgenové emise, které byly známkou možné přítomnosti černé díry,“ vysvětluje členka týmu Stefania Carpano (ESA).
    
Díky novým pozorováním pomocí přístroje FORS2 na dalekohledu ESO/VLT astronomové tento předpoklad potvrdili. Ukázalo se, že černá díra a Wolf-Rayetova hvězda kolem sebe tancují 'pekelný kvapík' s periodou oběhu 32 hodin. Data též prozradila, že černá díra doslova odtrhává hmotu ze svého průvodce.

“Jde opravdu o ‘velmi blízký vztah’,” poznamenává Robin Barnard. “Ve skutečnosti je záhadou, jak vlastně takto silně vázaný systém vůbec vznikl.”

Dosud byl odhalen jen jeden podobný případ, i když systémy obsahující černou díru a obyčejnou hvězdu astronomům obecně nejsou neznámé. Naopak, na základě pozorování těchto dvojic byla odhalena souvislost mezi hmotností černých děr a chemickými vlastnostmi galaxií. “Zaznamenali jsme, že nejhmotnější hvězdné černé díry se nacházejí v menších galaxiích, s nižším obsahem těžkých prvků,” říká Crowther [2]. “Větší galaxie s vyšším obsahem těžších prvků, jako třeba ta naše, úspěšně produkují pouze černé díry s nižší hmotností.“ Astronomové si myslí, že zvýšená koncentrace těžkých prvků ovlivňuje vývoj hvězd tím, že zvyšuje množství odvrhované hmoty. To ve výsledku vede k menší hmotnosti černé díry vzniklé závěrečným kolapsem.  

Wolf-Rayetova hvězda ve sledovaném systému pravděpodobně za méně než milion let vybuchne jako supernova a stane se černou dírou. “Pokud systém tuto druhou explozi přežije, obě černé díry se nakonec slijí dohromady a uvolní přitom obrovské množství energie v podobě gravitačních vln [3],” uzavírá Crowther. Než k tomu ale dojde, může uplynout několik miliard let, což je trochu dlouho ve srovnání s lidským měřítkem času. „Naše práce však ukázala, že takové systémy mohou existovat; a ty, které se již dostaly do stádia 'černé dvojdíry', mohou být detekovány budoucími přístroji  pro sledování gravitačních vln jako LIGO či Virgo [4].“
 

Zdroj

  
Poznámky

[1] Hvězdné černé díry jsou extrémně husté pozůstatky po kolapsu jádra velmi hmotných hvězd. Jejich hmotnosti se pohybují do dvacetinásobku hmotnosti Slunce. Supermasivní černé díry v centrech galaxií mají hmotnosti milion až miliardkrát vyšší. Dosud bylo nalezeno asi 20 černých děr s hvězdnými hmotnostmi.
    
[2] V astronomii jsou za ‚těžké prvky‘ či ‚kovy‘ považovány všechny chemické prvky těžší než helium.

[3] Gravitační vlny představují ‘čeření’ časoprostoru, předpovězěné Einsteinovou obecnou teorií relativity. Významné gravitační vlny jsou generovány kdykoliv dochází k rychlým časovým změnám silných gravitačních polí, například v procesu slévání černých děr. Detekce gravitačních vln, které dosud zaregistrovány nebyly, představuje jednu z největších výzev příštích desetiletí.
 
[4] Úkolem experimentů LIGO a Virgo je detekovat gravitační vlny pomocí interferometrů v Itálii a USA.
 

 
Další informace

Výzkum byl prezentován v časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society jako ‚letter‘ autorů P.A. Crowther a kol. pod názvem ‘NGC 300 X-1 is a Wolf–Rayet/Black Hole binary’.

Složení týmu: Paul Crowther a Vik Dhillon (University of Sheffield, VB), Robin Barnard a Simon Clark (The Open University, VB), Stefania Carpano a Andy Pollock (ESAC, Madrid, Španělsko).

ESO (Evropská jižní observatoř) je mezinárodní evropskou organizací pro astronomii. Jejími členy (14) jsou: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních dalekohledů, jenž zpřístupní astronomům významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli v astronomickém výzkumu a mezinárodní spolupráci. V současnosti provozuje světově jedinečné observatoře, jež se nacházejí na poušti Atacama Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Paranalu ESO provozuje nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle – Velmi velký dalekohled (VLT). Zároveň je ESO evropským zástupcem  největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 42 metrů. Bude pracovat ve viditelném a infračerveném oboru a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• odborný článek (pdf, 347 kB)

 
Kontakty

Paul Crowther; University of Sheffield, UK; Phone: +44-114 222 4291; E-mail: Paul.Crowther (at) sheffield.ac.uk

Stefania Carpano; ESTEC, ESA; The Netherlands; Phone: +31-71-5654827; E-mail: scarpano (at) rssd.esa.int

Překlad: Jiří Srba, Hvězdárna Valašské Meziříčí
Národní kontakt: Pavel Suchan +420 267 103 040; suchan@astro.cz

autor: Jiří Srba