Většina černých děr: velká nebo malá

Černé díry jsou v některých případech obrovská vesmírná monstra o hmotnostech miliardkrát vyšších, než je hmotnost Slunce (superhmotné černé díry), jindy se jedná o nepatrná tělesa co do průměru s hmotnostmi několika Sluncí (hvězdné černé díry). Avšak mohou černé díry existovat také jako objekty se střední hmotností? Nové výzkumy naznačují, že ve většině případů odpověď zní: ne.

Astronomové měli již dlouho podezření, že černé díry středních hmotností by měli nejspíše hledat v centru malých galaxiím podobných objektů, kterými jsou kulové hvězdokupy. Nicméně kromě několika podezření nebyli zatím schopni podat přesvědčivý důkaz o jejich existenci.

Nyní astronomové důkladně prozkoumali kulovou hvězdokupu RZ2109 a došli k přesvědčení, že v jejím středu nemůže černá díra střední hmotnosti existovat. Tento objev napovídá, že tyto doposud nepolapitelné objekty se nemohou ukrývat v kulových hvězdokupách a pokud existují, pak jsou velice vzácné.

„Podle některých teorií by malé černé díry měly v kulových hvězdokupách postupně zaujmout polohu v jejich středu a vyrůst do černé díry střední velikosti, avšak naše pozorování spíše naznačují, že to není pravda,“ říká Daniel Stern (NASA, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena). Stern je spoluautorem práce, popisující toto zjištění v časopise Astrophysical Journal z 20. 8. 2008. Hlavním autorem je Stephen Zepf (Michigan State University, East Lansing).

Černé díry jsou neuvěřitelně husté hmotné objekty, jejichž gravitace dokonce zabraňuje uniknout i světelným paprskům. „Nejlehčí“ černé díry, jaké známe, mají hmotnost zhruba 10krát vyšší než hmotnost Slunce, a které vznikají při zániku velmi hmotných hvězd v podobě exploze supernovy. Nejhmotnější černé díry dosahují hmotnosti několika miliard hmotností Slunce a nacházejí se uprostřed skoro všech galaxií.

Kulové hvězdokupy jsou hustá seskupení miliónů hvězd, které jsou součástí galaxií, obsahujících stovky miliard hvězd. Někteří teoretikové předpokládají, že by kulové hvězdokupy mohly obsahovat menší verzi galaktických černých děr. Takovéto objekty by měly 1000krát až 10 000krát větší hmotnost, než je hmotnost Slunce, čili nacházely by se uprostřed škály hmotností známých černých děr.

Při dřívějším výzkumu hledal Zepf se svými spolupracovníky důkazy o přítomnosti černé díry v kulové hvězdokupě RZ2109, nacházející se v poměrně blízké galaxii, vzdálené od Země 50 miliónů světelných roků. Pomocí rentgenového dalekohledu XMM-Newton, který patří Evropské kosmické agentuře ESA, objevil rentgenové záření, svědčící o přítomnosti aktivní „krmící se“ černé díry. Avšak v tomto okamžiku stále ještě nebyla známa její velikost.

Zepf a Stern následně pracovali na získání chemických „otisků prstů“, tj. na pořízení spektra kulové hvězdokupy RZ2109 pomocí dalekohledu o průměru 10 m na W. M. Keck Observatory (Mauna Kea, Havajské ostrovy). Získané spektrum odhalilo, že černá díra je malé hmotnosti, zhruba 10krát převyšující hmotnost Slunce.

V souladu s dosavadními teoriemi ty hvězdokupy, které obsahují malou černou díru, nemohou již mít černou díru střední velikosti. Takovéto černé díry by byly docela „razantní“ díky své silné gravitaci, takže pokud by v kulové hvězdokupě existovaly, rychle by vtáhly jakékoliv malé černé díry do svých spárů.

„Jestliže by černé díry střední velikosti v kulových hvězdokupách existovaly, buď by malé černé díry pohltily nebo vyhodily ven z hvězdokupy,“ říká Stern. Jinými slovy přítomnost malé černé díry v kulové hvězdokupě RZ2109 vyvrací eventuální přítomnost černé díry střední velikosti.

Jak vědci vypočítali, že černá díra v kulové hvězdokupě byla malá? Použili techniku modelování. Zepf se svými kolegy uzavřeli své výzkumy s tím, že pořízené spektrum odhalilo tok hmoty o vysokých rychlostech, jakýsi „vítr“ vanoucí od černé díry. Pouze malá černá díra může produkovat takto intenzivní vítr.

Zepf vysvětluje: „Na základě studia rentgenového záření víme, že tato černá díra aktivně pohlcovala materiál (docházelo u ní k tzv. akreci). Pokud by docházelo k akreci stejného materiálu u černé díry střední velikosti, nebylo by to pro ni příliš velké sousto. Avšak jestliže malá černá díra pohlcuje tento materiál, bude ho pro ni příliš mnoho, a proto bude část materiálu odvržena v podobě silného větru. Tento intenzivní vítr je „kouřovým signálem“, který pro nás znamená, že se jedná o černou díru malé hmotnosti."

Je to konec příběhu o černých dírách střední hmotnosti? Zepf dodává, že je docela možné, že se takovéto objekty ukrývají na okrajích galaxií, v okolních trpasličích galaxiích či v pozůstatcích malých galaxií, které byly pohlceny velkými galaxiemi. Pokud je tomu tak, potom tyto černé díry budou velmi nezřetelné a bude velký problém je objevit.

Na připojeném ilustračním obrázku je kulová hvězdokupa Omega Centauri.

Zdroj: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2008-161

autor: František Martinek