Ako často sa stávajú superhmotné čierne diery hyperaktívnymi?

Nová štúdia z röntgenového observatória NASA „Chandra“ hovorí vedcom ako často boli najväčšie čierne diery aktívne v posledných niekoľkých miliardách rokoch. Tento objav objasňuje ako rastú superhmotné čierne diery a môže z neho vyplývať aj to, ako sa bude čierna diera v centre našej Mliečnej cesty správať v budúcnosti. Väčšina galaxií, vrátane tej našej, obsahuje, podľa našich pozorovaní, vo svojich centrách superhmotné čierne diery s hmotnosťami milióny až miliardy hmotností Slnka. Astronómovia zistili, že pre nie celkom jasné dôvody tieto čierne diery vykazujú široké spektrum úrovní aktivity: od „odpočívajúcich“ cez letargické až po hyperaktívne. Tie najživšie supermasívne čierne diery produkujú to, čo nazývame „aktívne galaktické jadrá“ (angl. active galactic nuclei, skr. AGN) – priťahovaním veľkého množstva plynu. Tento plyn sa pri páde nahrieva a jasne žiari v röntgenovej oblasti. „Zistilo sa, že len asi jedno percento galaxií s hmotnosťou podobnou ako Mliečna cesta, obsahuje supermasívne čierne diery v ich najaktívnejšej fáze,“ hovorí Daryl Haggard z University of Washington v Seattli, ktorý viedol túto štúdiu. „Pokúsiť sa zistiť koľko z týchto čiernych dier je aktívnych v ktoromkoľvek čase je dôležité pre pochopenie toho, ako čierne diery rastú vo vnútri galaxií a ako je ich rast ovplyvnený okolím.“ Táto štúdia zahŕňa prehliadku nazvanú Chandra Multiwavelength Project, alebo skrátene ChaMP, ktorý pokrýva 30 štvorcových stupňov oblohy, zatiaľ najväčšiu plochu akejkoľvek prehliadky oblohy pomocou Chandry. Skombinovaním snímok z Chandry v röntgenovej oblasti s optickými snímkami z prehliadky nazvanej Sloan Digital Sky Survey bolo analyzovaných približne 100 000 galaxií. Z nich bolo okolo 1600 jasných v röntgenovej oblasti, čo signalizuje možnú aktivitu AGN. S Mliečnou cestou sa dajú zmysluplne porovnávať len galaxie do vzdialenosti asi 1,6 miliardy svetelných rokov, hoci boli skúmané aj galaxie vzdialené až 6,3 miliardy svetelných rokov. Najprv boli do výskumu zahrnuté osamotené, izolované galaxie, nie galaxie v skupinách či kopách. „Je to prvé priame určenie podielu osamotených galaxií v našom vesmíre, ktoré obsahujú aktívne superhmotné čierne diery,“ povedal spoluautor Paul Green z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics v Cambridge, Massachusetts. „Chceme vedieť, ako často tieto čierne diery vzplanú, keďže to je obdobie, kedy prechádzajú prudkým rastom.“ Kľúčovou úlohou astronómov je porozumieť, ako ovplyvnila aktivita aktívnych galaktických jadier (AGN) rast galaxií. Prekvapivá korelácia medzi hmotnosťou obrích čiernych dier a hmotnosťou centrálnych oblastí ich materských galaxií poukazuje na to, že rast supermasívnych čiernych dier a galaxií, v ktorých sa nachádzajú, sú navzájom prepojené. Určenie podielu AGN v našom vesmíre je rozhodujúce pre pomoc pri modelovaní tohto súbežného rastu. Jedným z výsledkov tejto štúdie je, že podiel galaxií obsahujúcich AGN závisí na hmotnosti galaxie. V prípade najhmotnejších galaxií je najväčšia pravdepodobnosť, že budú hostiť AGN, zatiaľ čo galaxie, ktoré majú hmotnosť len asi desatinu hmotnosti Mliečnej cesty majú približne desať krát menšiu pravdepodobnosť, že budú obsahovať AGN. Ďalším výsledkom je, že v čase, ktorý uplynul od Veľkého tresku, je možné vidieť postupný pokles podielu AGN, čo potvrdzujú aj staršie práce iných autorov. Z toho vyplýva, že buď zásobovanie čiernych dier hmotou, alebo mechanizmus zásobovania, sa mení s časom. Štúdia má tiež dôležité závery pre porozumenie toho, ako ovplyvňujú susedné galaxie rast čiernych dier, pretože podiel AGN v osamotených galaxiách je podľa zistení nerozoznateľný od podielu AGN v galaxiách v hustých kopách galaxií. „Zdá sa, že skutočne aktívne čierne diery sú vzácne, ale nie antisociálne,“ žartuje Haggard. „To bolo pre niektorých prekvapenie, ale môže to poskytnúť dôležitý kľúč k tomu, ako okolie ovplyvňuje rast čiernej diery.“ Je možné, že podiel AGN sa vyvíjal v čase v kopách galaxií aj medzi osamotenými galaxiami, ale rôznymi rýchlosťami. Ak by podiel AGN v kopách začal na vyšších hodnotách než medzi samostatnými galaxiami – ako ukazovali niektoré výsledky – ale potom by aj rýchlejšie klesal, v niektorom bode by sa tieto hodnoty vyrovnali. To môže vysvetliť, čo pozorujeme v okolitom vesmíre. Mliečna cesta obsahuje superhmotnú čiernu dieru známu ako Sagittarius A* (skr. Sgr A*, lat. Sagittarius = Strelec). Hoci astronómovia boli svedkami určitej aktivity Sgr A* keď počas viacerých rokov pozorovali tento zdroj pomocou Chandry a iných ďalekohľadov, jeho aktivita bola na veľmi nízkej úrovni. Ak Mliečna cesta sleduje trendy nájdené v prehliadke ChaMP, zdroj Sgr A* by mal byť počas približne 1 % zostávajúceho času existencie nášho Slnka (asi 50 miliónov rokov) v röntgenovej oblasti miliardu krát jasnejší. Taká aktivita však bola oveľa pravdepodobnejšia v dávnej minulosti. Ak by sa Sgr A* stal AGN v súčasnosti, neohrozilo by to život na Zemi, ale prinieslo by nám to veľkolepú show na röntgenových a rádiových vlnových dĺžkach. Avšak akékoľvek planéty, ktoré sú oveľa bližšie k centru našej Galaxie, alebo sa nachádzajú priamo v ňom, by obdržali veľkú a potenciálne zničujúcu dávku žiarenia.

RNDr. Zdeněk Komárek

Obrázok galaxie Abell 644 nachádzajúcej sa v kope galaxií (vľavo) a osamotenej galaxie SDSS J1021+131 (vpravo).