Supermasivní černá díra byla vyvržena při galaktické kolizi

Supermasivní černé díry jsou všeobecně stacionárními objekty, které sídlí v centrech většiny velkých galaxií. Nicméně na základě použití dat z rentgenové družice NASA s názvem Chandra X-ray Observatory a z dalších teleskopů astronomové nedáno vypátrali, že může existovat supermasivní černá díra, která se pohybuje. Tato možná černá díra – odpadlík, která má hmotnost přibližně 160 miliónů hmotností Slunce, se nachází v eliptické galaxii vzdálené zhruba 3,9 miliardy světelných roků od Země. Astronomové mají zájem o tuto pohybující se supermasivní černou díru, protože tak mohou odhalit více informací o vlastnostech těchto tajemných objektů.

Když se dvě menší supermasivní černé díry srazí, splynou za vytvoření většího objektu. Tato kolize by měla zároveň generovat gravitační vlny, které jsou emitovány mnohem silněji v jednom směru než v jiných. Nově vytvořená černá díra tak může obdržet „kopanec“ v opačném směru, než směřují tyto intenzivní gravitační vlny. Tento impuls může vyhodit černou díru z centra galaxie, jak je znázorněno na ilustraci.

Síla impulsu závisí na rychlosti a směru rotace obou menších černých děr před jejich splynutím. Z tohoto důvodu informace o těchto důležitých, avšak těžko postižitelných vlastnostech, mohou být získány na základě studia rychlosti pohybu černých děr.

Astronomové objevili tyto kandidáty na černé díry na základě studia rentgenového záření a optických dat pro tisíce galaxií. Zaprvé použili pozorování družice Chandra k výběru galaxií, které obsahují jasné zdroje rentgenového záření a které byly pozorovány jako součást přehlídky Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Jasná rentgenová emise je obvyklým rysem supermasivních černých děr, které velmi rychle zvětšují svoji velikost.

Dále se vědci podívali, jestli pozorování jasných rentgenových galaxií pomocí Hubbleova kosmického teleskopu HST odhalí dvě maxima poblíž jejich středu na snímcích v optickém oboru. Tato dvě maxima mohou ukazovat, že je zde přítomna dvojice supermasivních černých děr, nebo že se odvržená černá díra pohybuje pryč od seskupení hvězd v centru dané galaxie.

Pokud byla kritéria splněna, pak astronomové prozkoumali spektra SDSS, která ukázala, jak velké množství viditelného světla kolísá s jeho vlnovou délkou. Jestliže astronomové objevili o mnohém vypovídající charakteristické rysy ve spektru, naznačující přítomnost supermasivní černé díry, následoval ještě bližší průzkum těchto galaxií.

Po všech těchto pátráních po vhodném kandidátu byla prchající černá díra konečně objevena. Levý snímek na vloženém obrázku pořízený pomocí HST ukazuje dvě jasné skvrny poblíž středu galaxie. Jedna z nich se nachází přesně uprostřed galaxie, druhá je vzdálena asi 3 000 světelných roků od jejího centra. Pozdější prameny ukazují vlastnosti rostoucí superhmotné černé díry a její polohu shodující se s jasným zdrojem rentgenového záření, který byl objeven družicí Chandra (viz pravý snímek na vloženém obrázku). Na základě použití dat z přehlídky SDSS a z pozorování pomocí dalekohledu Keck na Havajských ostrovech astronomové určili, že rostoucí černá díra se nachází poblíž, avšak viditelně mimo střed a má rychlost, která je odlišná od pohybu galaxie. Z to vyplývá, že tento zdroj může být unikající superhmotná černá díra.

Mateřská galaxie unikající černé díry rovněž vykazuje určité známky rušivých podnětů v jejích vnějších oblastech, z kterých vyplývá, že ke splynutí dvou galaxií došlo relativně nedávno. Protože ke splynutí supermasivních černých děr zřejmě dochází, když se srazí jejich mateřské galaxie, tato informace podporuje představu o prchající supermasivní černé díře v tomto systému.

Kromě toho hvězdy vznikají v galaxii vysokým tempem několik set hmotností Slunce za rok. To souhlasí s počítačovými simulacemi, které předpokládají, že rychlost vzniku hvězd může být zesílena splynutím galaxií, a to zejména v případě, kdy obsahují vyvrženou černou díru.

Další možné vysvětlení získaných dat je, že obě supermasivní černé díry se nacházejí v centru galaxie v souhvězdí Velké medvědice, avšak jedna z nich nevyzařuje zjistitelné záření, protože zvětšuje svoji velikost příliš pomalu. Vědci upřednostňují vysvětlení na základě prchající černé díry, avšak potřebují ještě další data k posílení tohoto předpokladu.

Zdroj: https://phys.org/news/2017-05-astronomers-pursue-renegade-supermassive-black.html, http://chandra.harvard.edu/photo/2017/rsmbh/ a https://www.universetoday.com/135539/astronomers-find-rogue-supermassive-black-hole-kicked-galactic-collision/

autor: František Martinek