Prachové překvapení kolem obří černé díry

ESO 027/13 tisková zpráva

Interferometr ESO/VLTI pořídil dosud nejdetailnější pozorování prachu obklopujícího mohutnou černou díru v centru aktivní galaxie. Na základě těchto pozorování vědci objevili, že oproti očekávání prach nevytváří kolem černé díry jen toroidální útvar podobný duši pneumatiky, ale vyskytuje se nad i pod rovinou tohoto toroidu. Zdá se, že chladný prach proudí směrem od černé díry. Jedná se o překvapivý objev, jehož vysvětlení je pro současné teorie obtížné. Ukazuje nám však, jak se černá díra vyvíjí a jakým způsobem probíhá její interakce s okolím.

V posledních dvaceti letech astronomové objevili, že většina galaxií hostí ve svém středu obří černou díru. Některé z těchto černých děr narůstají díky pohlcování hmoty ze svého okolí. Při tomto procesu se z nich stávají objekty, které uvolňují největší množství energie ve vesmíru – aktivní galaktická jádra (active galactic nuclei, AGN). Centrální část těchto chrličů energie je obklopena prstencem prachu [1] zavlečeného z okolního prostoru – vzniká podobně jako malý vír v odtoku vany při jejím vypouštění. Předpokládalo se, že většina silného vyzařování aktivních galaktických jader v oblasti infračerveného záření pochází právě z tohoto prstence.    

Nová pozorování nedaleké aktivní galaxie NGC 3783 provedená pomocí výkonného interferometru VLTI (Very Large Telescope Interferometer [2]) na observatoři ESO/Paranal v Chile však vědcům přinesla překvapení. Zatímco horký prach o teplotě 700 až 1000 °C skutečně vytváří toroidální útvar, velké množství chladnějšího prachu se vyskytuje nad a pod rovinou tohoto disku [3].
 
Sebastian Hönig (University of California Santa Barbara, USA a Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Německo), hlavní autor článku prezentujícího tyto nové výsledky, vysvětluje: „Poprvé se nám podařilo zkombinovat detailní pozorování chladného prachu o pokojové teplotě v okolí jádra aktivní galaxie s podobně detailními záběry horkého prachu. Jedná se o dosud největší soubor infračervené interferometrie aktivního galaktického jádra, jaký byl dosud publikován.“  

Nově objevený chladný prach proudí pryč od černé díry. A tento tok musí hrát klíčovou roli v komplikovaných vztazích mezi černou dírou a jejím okolím. Černá díra krmí svůj nenasytný apetit materiálem, ale intenzivní vyzařování, které přitom vzniká, zároveň odfukuje hmotu pryč. Zatím není zcela jasné, jak tyto procesy mohou fungovat společně a jak umožňují černé díře vyvíjet se a růst v rámci galaxie. Vznik prachového proudu je však novou indicií pro řešení této hádanky.    

Aby astronomové mohli zkoumat centrální oblast galaxie NGC 3783, bylo nutné použít výkonu hlavních dalekohledů ESO/VLT. Jejich vzájemná spolupráce umožňuje vytvořit mohutný interferometr, který poskytuje data s rozlišením odpovídajícím dalekohledu o průměru 130 m.

Další člen výzkumného týmu Gerd Weigelt (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Německo) vysvětluje: „Kombinací mimořádné sběrné plochy velkých zrcadel dalekohledů VLT se nám podařilo získat dostatečné množství světla, abychom mohli interferometricky sledovat i slabé objekty. To nám umožnilo zkoumat velmi malou oblast, velikostí zhruba srovnatelnou se vzdáleností mezi Sluncem a nejbližší další hvězdou, v galaxii ležící desítky milionů světelných let daleko. Na světě v současnosti není žádný jiný systém pro infračervenou nebo viditelnou oblast, který by něco podobného dokázal.“

Uvedená pozorování by mohla přinést změnu v chápání aktivních galaktických jader. Existují přímé důkazy, že prach je vytlačován pryč intenzivním vyzařováním. Modely simulující rozložení prachu nebo růst a vývoj superhmotných černých děr musejí nyní vzít tento nově objevený jev v úvahu.  

Sebastian Hönig k tomu dodává: „Opravdu se nemůžeme dočkat přístroje MATISSE, který umožní propojení všech hlavních dalekohledů VLT a jejich současné pozorování v blízkém a středním infračerveném pásmu – přinese nám to ještě detailnější pohled.“ MATISSE je přístroj druhé generace pro dalekohledy VLT a je v současnosti v konstrukční fázi vývoje.

Zdroj

Poznámky

[1] Kosmický prach se skládá z křemíkových a uhlíkatých zrn – materiálů, které jsou hojné i na Zemi. Saze vznikající při hoření svíčky se kosmickému prachu velmi podobají, ale jejich rozměry jsou stále 10krát větší ve srovnání s typickým zrnkem uhlíkatého kosmického prachu. 

[2] Interferometr VLTI vznikne kombinací některých ze čtveřice velkých dalekohledů VLT (Unit Telescopes, průměr primárního zrcadla 8,2 m) a pohyblivých pomocných dalekohledů (VLT Auxiliary Telescopes, průměr primárního zrcadla 1,8 m). To umožňuje využívat interferometrických metod, při kterých sofistikovaná zařízení zajišťují kombinaci světla z několika dalekohledů a provádějí tak jedno kombinované pozorování. I když tato metoda jen málo kdy vede ke vzniku konkrétního snímku, umožňuje dramaticky zvýšit rozlišovací schopnost, a tedy úroveň detailů, které je možné u daného objektu pozorovat. Výsledky jsou srovnatelné s tím, co by naměřil kosmický dalekohled o průměru 100 m.

[3] Rozložení horkého plynu bylo mapováno pomocí přístroje AMBER, určeného pro interferometr VLTI, který pracuje v blízké infračervené oblasti. Novější pozorování uváděná v této zprávě byla provedena přístrojem MIDI na vlnových délkách 8 a 13 mikrometrů ve středním infračerveném pásmu.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Dust in the Polar Region as a Major Contributor to the Infrared Emission of Active Galactic Nuclei” autorů S. Hönig a kol., který vyšel 20. června 2013 v odborném časopise Astrophysical Journal.

Složení týmu: S. F. Hönig (University of California in Santa Barbara, USA [UCSB]; Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Německo), M. Kishimoto (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Německo [MPIfR]), K. R. W. Tristram (MPIfR), M. A. Prieto (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Španělsko), P. Gandhi (Institute of Space and Astronautical Science, Kanawaga, Japonsko; University of Durham, UK), D. Asmus (MPIfR), R. Antonucci (UCSB), L. Burtscher (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Německo), W. J. Duschl (Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Německo) a G. Weigelt (MPIfR).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy a v současnosti nejproduktivnější pozemní astronomická observatoř. ESO podporuje celkem 15 členských zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a úspěšný chod výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také vedoucí úlohu při podpoře a organizaci spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal provozuje Velmi velký teleskop (VLT), což je nejvyspělejší astronomická observatoř pro viditelnou oblast světla, a také dva další přehlídkové teleskopy. VISTA pracuje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým dalekohledem na světě, dalekohled VST (VLT Survey Telescope) je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy výhradně ve viditelné části spektra. ESO je evropským partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Pro viditelnou a blízkou infračervenou oblast ESO rovněž plánuje nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 metrů, který se stane „největším okem do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek
• snímky dalekohledu VLT
• informace o interferometru (Very Large Telescope Interferometer, VLTI)

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Sebastian Hönig; University of California Santa Barbara; USA; Tel.: +49 431 880 4108; Mobil: +49 176 9995 0941; Email: shoenig@physics.ucsb.edu

Poshak Gandhi; University of Durham; United Kingdom; Email: poshak.gandhi@durham.ac.uk

Gerd Weigelt; Max-Planck-Institut für Radioastronomie; Bonn, Germany; Email: weigelt@mpifr.de

Wolfgang Duschl; Christian-Albrechts-Universität zu Kiel; Kiel, Germany; Email: wjd@astrophysik.uni-kiel.de

Richard Hook; ESO; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1327. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.