Supermasivní černá díra v centru Mléčné dráhy nemusí být osamělá

Mohou mít supermasivní černé díry své souputníky? Podstata vzniku galaxií napovídá, že odpověď zní ano, a ve skutečnosti dvojice supermasivních černých děr mohou být ve vesmíru docela běžné. Supermasivní černá díra, která se ukrývá v centru naší Galaxie a kterou označujeme jako Sagittarius A*, má hmotnost odpovídající zhruba 4 miliónům hmotností Slunce.

V okolí černé díry Sagittarius A* se nachází docela hustá hvězdokupa. Velmi přesná měření drah těchto hvězd umožnila astronomům potvrdit existenci této supermasivní černé díry a určit její hmotnost. Již více než 20 let astronomové monitorují dráhy těchto hvězd v okolí supermasivní černé díry v centru Mléčné dráhy.

Na základě toho, co zde pozorujeme, astronomové odhalili, že jestli zde existuje průvodce supermasivní černé díry, může se jednat o druhou (sousední) černou díru, jejíž hmotnost přinejmenším 100 000× převyšuje hmotnost Slunce.

Téměř každá galaxie včetně Mléčné dráhy vlastní ve svém srdci supermasivní černou díru, jejichž hmotnosti se pohybují v rozmezí od několika miliónů po několik miliard Sluncí. Astronomové stále ještě zkoumají, proč se v centrech galaxií často nacházejí supermasivní černé díry. Jedna populární představa spojuje možnost, že supermasivní černé díry mohou mít své průvodce.

K pochopení této představy se musíme vrátit zpět do doby, kdy vesmír byl starý zhruba 100 miliónů roků, což je éra vůbec prvních zrozených galaxií. Byly mnohem menší než dnešní galaxie a zhruba 10 000× či vícekrát méně hmotné než naše současná Galaxie.

Uvnitř těchto velmi mladých galaxiích se nacházely hvězdy, které umíraly a vytvářely černé díry, jejichž hmotnosti dosahovaly 10 až 1 000 hmotností Slunce. Tyto černé díry padaly do gravitačního centra, tedy do srdce každé z galaxií. Protože se galaxie vyvíjely v důsledku kolizí a splynutí jedné s druhou, jejich srážky vedly k vytvoření dvojic supermasivních černých děr – klíčových částí této historie. Černé díry postupně nasávaly další materiál z okolí a zvětšovaly svoji velikost.

Jestliže opravdu má supermasivní černá díra svého průvodce obíhajícího kolem ní na blízké dráze, centrum galaxie je uzamčeno ve složitém tanci. Gravitační přitažlivost společníka bude rovněž uplatňovat vlastní vliv na blízké hvězdy a rušit jejich dráhy.

Dvě supermasivní černé díry obíhají navzájem kolem sebe a ve stejném okamžiku každá z nich ovlivňuje okolní hvězdy. Gravitační síly černých děr působí na tyto hvězdy a způsobují změny jejich dráhy; jinak řečeno, po jednom oběhu kolem dvojice supermasivních černých děr hvězdy nebudou zpět přesně na stejném místě, kde svůj oběh započaly.

Použitím našich znalostí gravitačních interakcí mezi eventuální dvojicí supermasivních černých děr a okolními hvězdami mohou astronomové předpovědět, co se může s hvězdami stát. Astrofyzikové mohou porovnávat svoje předpovědi s pozorováními a následně mohou vypočítat vhodné dráhy hvězd a určit, jestli supermasivní černá díra má průvodce, který gravitačně ovlivňuje své okolí.

Na základě sledování dobře známé hvězdy pojmenované S0-2, která obíhá supermasivní černou díru ležící v centru Galaxie jednou za 16 roků, můžeme již vyloučit představu, že zde existuje druhá supermasivní černá díra s hmotností přes 100 000 hmotností Slunce vzdálená více než 200 vzdáleností mezi Sluncem a Zemí.

Pokud by zde takový průvodce byl, pak bychom byli schopni detekovat jeho vliv na dráhu hvězdy S0-2. Avšak to neznamená, že menší doprovodná černá díra se zde nemůže ukrývat. Takový objekt nemusí modifikovat dráhu hvězdy S0-2 způsobem, který bychom mohli snadno odhalit.

Měření hvězdy S0-2 umožnila astronomům uskutečnit unikátní test Einsteinovy obecné teorie relativity. V květnu 2018 hvězda S0-2 prosvištěla kolem supermasivní černé díry ve vzdálenosti pouhých 130 astronomických jednotek – AU. V souladu s teorií relativity vlnová délka světla emitovaného hvězdou S0-2 by se měla prodloužit při jeho vystoupení z hluboké gravitační studny supermasivní černé díry.

Prodlužování vlnových délek světla, které předpověděl Einstein – což dělá hvězdy červenější – bylo detekováno a dokázáno a obecná teorie relativity přesně popisuje fyziku v těchto extrémních gravitačních podmínkách.

Dychtivě jsme čekali na druhé těsné přiblížení hvězdy S0-2, které nastane zhruba po 16 letech, protože astrofyzikové budou schopni testovat mnohem lépe předpověď Einsteinovy obecné teorie relativity včetně změny orientace protáhlé oběžné dráhy hvězdy.

Avšak jestli má supermasivní černá díra svého průvodce, mohlo by to pozměnit očekávané výsledky. Posléze, pokud zde existují dvě supermasivní černé díry obíhající v centru naší Galaxie navzájem jedna kolem druhé, jak se astronomové domnívají, je možné, že budou vyzařovat do prostoru gravitační vlny.

Od roku 2015 aparatury LIGO a Virgo detekovaly gravitační vlny vyzařované v důsledku splynutí černých děr hvězdné velikosti a neutronových hvězd. Tyto uskutečněné detekce otevřely pro astronomy nové okno pro pozorování vesmíru.

Jakékoliv vlny emitované naší dvojicí hypotetických supermasivních černých děr budou mít frekvence, které jsou příliš nízké pro citlivost detektorů LIGO a Virgo. Avšak plánovaný kosmický detektor gravitačních vln známý jako LISA může být schopen detekovat tyto vlny, které astrofyzikům pomohou určit, zda supermasivní černá díra v centru naší Galaxie je osamocená či zda má svého průvodce.

Zdroj: http://www.sci-news.com/astronomy/milky-ways-central-black-hole-supermassive-companion-07916.html

autor: František Martinek