Českí vedci sa podieľali na mapovaní okolia čiernych dier

29.01.2020 07:27
xmm-16-9-compo
Umelecké stvárnenie dynamiky blízkeho okolia čiernej diery reprezentujú 4 snímky denných zmien jasnosti počas pozorovania zdroja IRAS 13224–3809 v roku 2016 pomocou družice ESA XMM Newton. Autor:

Materiál, ktorý padá do čiernej diery, vysiela do vesmíru rentgenové žiarenie. Teraz sa prvý raz - aj s prispením českých vedcov - podarilo zmapovať dynamiku najbližšieho okolia čiernej diery pomocou ozvien tohto žiarenia pozorovaných observatóriom XMM-Newton Európskej kozmickej agentúry (ESA).

Väčšina čiernych dier je na oblohe príliš malá na to, aby sme mohli rozlíšiť ich najbližšie okolie. Napriek tomu sme schopní skúmať tieto tajomné objekty pozorovaním správania hmoty v ich blízkosti, ktorá do nich postupne padá.

Ako sa materiál blíži k čiernej diere, je zahriaty na vysokú teplotu a vyžaruje rentgenové žiarenie, ktoré sa potom odráža od neďalekého plynu, s ktorým toto žiarenie interaguje. V týchto miestah v tesnej blízkosti čiernej diery je priestoročas veľmi zdeformovaný a zakrútený pôsobením extrémne silnej gravitácie.

Prvý raz v histórii vedci použili rentgenovú pozorovaciu jednotku XMM-Newton, aby pomocou pozorovania rentgenových ozvien zmapovali okolie čiernych dier v jadre aktívnej galaxie. IRAS 13224–3809, hosťujúca galaxia pozorované čiernej diery, je jeden z najpremenli­vejších zdrojov rentgenového žiarenia na oblohe. Tento zdroj prechádza veľkými a rýchlymi zmenami, kedy sa jeho jasnosť zmení aj päťdesiatnásobne v priebehu niekoľkých hodín.

Dr. William Alston z University of Cambridge, hlavný autor novej štúdie, prirovnáva tieto ozveny k ozvene zvukov v rôznych budovách, kde zvuk bude znieť inak v učebni a inak v katedrále. To, ako znie ozvena, závisí od geometrie miestností a na materiáloch, ktoré sa nej nachádzajú. Podobne sa v ozvenách rentgenového žiarenia, ktoré sa šíri v blízkosti čiernej diery, prejaví aj geometria a stav, v akom je materiál pred tým, ako zmizne.

Pretože sú pohyb a vlastnosti plynu silno ovplyvnené vlastnosťami čiernej diery, ktorá ho pohlcuje, doktorovi Alstonovi a jeho kolegom sa podarilo tiež zmerať hmotnosť a rotáciu centrálnej čiernej diery pozorovanej galaxie.

Materiál padajúci do čiernej diely okolo nej vytvára disk, nad ktorým sa nachádza oblasť s veľmi horúcimi elektrónmi s teplotou miliardy stupňov, ktorá sa nazýva koróna. Zatiaľčo astronómovia hľadali ozveny rentgenového žiarenia z koróny odrazenej od disku, aby zmapovali geometriu tejto oblasti, všimli si niečo neočakávané: samotná koróna zmenila svoju veľkosť neuveriteľnej rýchlo, v priebehu niekoľkých dní.

„Tak ako koróna mení svoju veľkosť, tak sa mení aj svetelná ozvena – podobne ako by sa menila ozvena v katedrále, keby sa jej strop pohyboval hore a dole. Pozorovaním zmien v ozvene sme boli schopní pozorovať zmeny samotnej koróny. A čo je ešte lepšie, tým, že sa koróna menila, sme mohli získať presnejšie hodnoty pre hmotnosť a rotáciu čiernej diery,“ popisuje William Alston z University of Cambridge.

K analýze údajov prispeli aj českí vedci. Tím Astronomického ústavu Akadémie vied ČR vyvinul program, pomocou ktorého môžeme efektívne simulovať ozveny rentgenového žiarenia koróny od akrečného disku v blízkosti čiernych dier. „K výsledkom štúdie bolo možné dospieť len s tohto kódu, ktorý je zároveň presný a dostatočne rýchly na modelovanie údajov, kedy sa musí porovnať predpoveď fyzikálneho modelu s napozorovanými údajmi pre rôzne hodnoty charakterizujúce systém, napríklad hmotnosť čiernej diery a jej rotácie,“ upresňuje Dr. Michal Dovčiak, hlavný autor použitého kódu a spoluautor publikovanej štúdie za českú časť medzinárodného tí­mu.

Práca “A dynamic black hole corona in an active galaxy through X-ray reverberation mapping” W. N. Alstona a ďalších vrátane českej spolupráce bola publikovaná vo vedeckom časopise Nature Astronomy.

Zdroj: Pavel Suchan, tlačový tajomník, Astronomický ústav AV ČR

#výskum #vesmír #vedci #ESA #čierna diera
Sleduj najnovšie články na našom Facebooku