Že černé díry ozařují vesmír, se ví již dlouho, nyní však astronomové přišli na to proč. Rozbor nových dat z americké vesmírné rentgenové observatoře Chandra odhalil, že klíčem k této oslnivé světelné show jsou mohutná magnetická pole.
Mezinárodnímu vědeckému týmu se tak minulý týden vůbec poprvé zřejmě podařilo rozřešit záhadu tohoto překvapujícího jevu. Odhaduje se, že záření černých děr tvoří až 25% celkové radiace vesmíru vyzářené od Velkého třesku.
Samozřejmě, že ve skutečnosti černé díry nezáří, to mají na svědomí výtrysky hmoty z jejich akrečních disků, které se formují okolo nich při pohlcování okolní hmoty. Avšak donedávna věda neuměla uspokojivě vysvětlit, jak tato bizarní tělesa, nejtmavší objekty ve vesmíru, jejichž gravitace je tak silná, že jí nemůže uniknout ani světlo, mohou vyzařovat tak ohromné množství radiace a jak celý proces vlastně probíhá.
Co to znamená, když se řekne:černá díra (angl. black hole) Velikost černé díry je dána Schwarzschildovým poloměrem (podle německého astrofyzika Karla Schwarzschilda, který předpověděl jejich existenci řešením Einsteinových rovnic). Pravděpodobně jde o konečné stadium vývoje hmotných hvězd (hmotnost minimálně trojnásobek hmotnosti Slunce). Poté, co na nich ustanou termojaderné reakce, gravitační síla objekt smrští a vzniká časoprostorová singularita, kde neplatí známé fyzikální zákony. (Jinými závěrečnými stadii vývoje hvězd jsou bílí trpaslíci a neutronové hvězdy.) Název pochází od amerického fyzika Johna Wheelera. Existence černých děr je prakticky potvrzena v jádrech galaxií (například v jádře naší Galaxie se nachází černá díra o hmotnosti 2,6 milionu Sluncí). akreční disk V důsledku urychlování částic gravitačním polem je akreční disk zdrojem záření. moment hybnosti |
Řešení přineslo až společné úsilí vědců Michigenské a Cambridgské univerzity, kteří analyzovali nejnovější data získaná družicí Chandra. Sonda pozorovala binární systém J1655 v naší galaxii, vzdálený pouhých 10 000 světelných let.
Podívejte se na animaci jak funguje černá díra. Naleznete ji na těchto stránkách.
Sytém je tvořen černou dírou o hmotnosti asi sedmkrát větší než má Slunce a sousední hvězdou, která vlastně černé díře slouží jako potrava. Tým, vedený Jonem Millerem z Michigenské univerzity, došel k závěru, že hnacím motorem celého jevu je magnetické pole v akrečním disku rotující černé díry.
Proč černé díry vše pohlcují
Samotná gravitace na to, aby plyn v akrečním disku ztratil energii a spadl dovnitř černé díry takovým tempem, jak ukazují pozorování, nestačí. Než se plyn vydá po spirále dovnitř černé díry, musí ztratit svůj orbitální moment hybnosti, a to buď třením, nebo únikem částic proudících ven z disku. Bez toho by hmota obíhala okolo černé díry velmi dlouho.
„Všichni si myslí, že kdyby se Slunce najednou změnilo v černou díru, všechny by nás to vtáhlo dovnitř, ale právě k tomu by vůbec nedošlo,“ říká astronom Andy Fabian z Cambridgské univerzity, další člen výzkumného týmu. „Země by ve skutečnosti žádný rozdíl nezaznamenala a dál by pokračovala v oběhu. A protože by neexistovalo nic, co by ji připravilo o moment hybnosti, pokračovala by ve své cestě stejně jako předtím.“
Přesně to samé se děje v akrečním disku kolem černé díry, čímž se záhada, jak se černým dírám daří nasávat do sebe okolní hmotu, jenom prohlubovala. A nyní tedy vědci přišli na to, co potřebné snižování momentu hybnosti disku způsobuje.
Částice mají teplotu 1000 000 stupňů
„Třicet let astrofyzici věřili, že nejpravděpodobnějším vysvětlením jsou magnetická pole v akrečním disku. Taková pole vytvářejí turbulence a tření, čímž dochází ke snižování rychlosti částic a jejich momentu hybnosti,“ říká Jon Miller. „A magnetismus je také zdrojem výtrysků částic a záření podél siločar, které odnášejí plyn a jeho moment hybnosti ven ze systému,“ dodává.
Ale byly i jiné hypotézy snažící se objasnit, jak dochází ke ztrátě momentu hybnosti. Miller, Fabian a další vědci sdružení v týmu se však domnívají, že všechny ostatní alternativy jsou vyloučeny. Studiem výtrysků hmoty z akrečního disku v systému J1655 zjistili, že unikající částice se pohybují rychlostí zhruba 100 km/s a mají teplotu asi 1 milion °C.
To odporuje hypotéze, že výtrysk částic by mohl být zapřičiněn jejich tepelným ohřátím, neboť v tom případě by hmota musela mít 50 miliard °C. Dále zjistili, že proud částic je vysoce ionizován, čímz byla popřena druhá konkurenční teorie, v tomto stavu by totiž akreční disk nemohl z okolního prostoru absorbovat dost ultrafialového záření na to, aby mohl tyto výtrysky generovat. A tak se magnetické pole jeví jako jediné přijatelné vysvětlení pro únik hmoty a záření ze systému.
Takto vypadá černá díra. Zdroj: http://chandra.harvard.edu Další fotografie naleznete zde.
Nic ale není definitivní, diskuse stále pokračuje. Například Axel Brandenburg ze Skandinávského institutu pro teoretickou fyziku v Kodani je opatrnější. „Prozatím jen prokázali, že teorie založená na působení magnetického pole neodporuje výsledkům pozorování, ale zbývá ještě dost prostoru pro jiná vysvětlení,“ argumentuje.
Millerův tým jeho kritický přístup přijímá, ale slovy spoluautora teorie Johna Raymonda z Cambridgské univerzity se domnívá, že „nyní, po třiceti letech, snad máme konečně přesvědčivé důkazy.“
Kromě akrečního disku kolem černé díry může magnetické pole hrát důležitou roli v discích objevených kolem mladých, Slunci podobných hvězd s formujícími se planetárními systémy, jakož i kolem velmi hmotných těles zvaných neutronové hvězdy.
Zdroj: New Scientist, NASA – Chandra X-ray observatory
