Trio superhmotných čiernych dier

Astronómovia objavili, že jeden člen páru superhmotných čiernych dier je v skutočnosti taktiež párom, čo spravilo z tohto systému doteraz najvzdialenejšiu trojicu čiernych dier a zároveň to zvýšilo nádeje na budúce objavy. Všetky veľké galaxie obsahujú superhmotné čierne diery, takže sa očakáva, že niektoré splývajúce galaxie vytvoria systémy, ktoré budú domovom dvojíc, či dokonca trojíc superhmotných čiernych dier pohlcujúcich obrovské množstvá hmoty. Takéto jadro s čiernou dierou pohlcujúcou hmotu nazývame aktívne galaktické jadro (skr. AGN = Active Galactic Nucleus). Ale v súčasnosti poznáme len hŕstku galaxií s násobnými AGN. Astronómovia si myslia, že takéto systémy sú vo vesmíre vzácne. Nedávny objav vysoko kompaktného trojitého AGN mení tento predpoklad, ako ukazujú autori článku v júnovom čísle prestížneho časopisu Nature. Pred niekoľkými rokmi astronómovia objavili v jadre kvazaru SDSS J1502+1115, ktorého svetlo k nám letí viac než 4 miliardy rokov, dvojité spektrum charakteristické pre binárne AGN. Avšak Roger Deane (University of Cape Town, Juhoafrická republika) so spolupracovníkmi až teraz rozlíšil jedno z dvoch AGN na dva samostatné rádiové zdroje, čo poukazuje na to, že nejde o jeden objekt, ale o dve čierne diery pohlcujúce hmotu. To teda znamená, že kvazar SDSS J1502+1115 má vo svojom jadre tri supermasívne čierne diery. Zložky vnútornej dvojice AGN sú od seba vzdialené 450 svetelných rokov a ležia asi 24 000 svetelných rokov od tretieho AGN, čo robí tento systém doteraz najtesnejším objaveným tripletom čiernych dier. Vnútorné dvojité AGN predtým unikalo pozoronosti, pretože uhlová vzdialenosť jeho zložiek je len asi 26 oblúkových milisekúnd (0,026"), čo je 4 krát menej než astronómovia bežne dokážu rozlíšiť v optickej a infračervenej oblasti, vysvetľuje Yue Shen (Carnegie Observatories), ktorý je spoluobjaviteľ iného trojitého AGN v roku 2011. Deaneov tím dosiahol potrebné rozlíšenie vďaka interferometrii s veľmi dlhou základňou (skr. VLBI = Very Long Baseline Interferometry). Táto metóda kombinuje pozorovania z niekoľkých rádioteleskopov na rôznych miestach Zeme, takže uhlové rozlíšenie je ekvivalentné tomu, ako keby sme mali jediný rádioteleskop s takým priemerom, ako je vzdialenosť medzi nimi – čo môže byť aj tisíce kilometrov. Takto mohol vedecký tím za pomoci Európskej siete VLBI pozorovať niekoľko AGN a rozlíšiť v nich 50 krát menšie detaily než by bolo možné s Hubblovým kozmickým ďalekohľadom. Deaneov tím prezrel len 6 galaxií pred tým, než objavil kompaktnú dvojicu čiernych dier skrývajúcu sa v kvazare SDSS J1502+1115, čo naznačuje, že tieto systémy by mohli byť bežnejšie, než sa predtým predpokladalo. Je to pozoruhodný pokrok, pretože astronómovia rozlíšili pri priamom zobrazení na jednotlivé zložky zatiaľ len niekoľko dvojitých AGN. Z nich len 3 (okrem J1502+1115) majú vzdialenosti zložiek menšie než 3000 svetelných rokov a všetky sa nachádzajú v relatívne blízkych galaxiách. Predchádzajúce hľadania boli zamerané na niektoré z najjasnejších a najhmotnejších AGN (miliardu hmotností Slnka a viac), ktoré sú však také zriedkavé, že je nepravdepodobné, aby mali sprievodcov s porovnateľnou veľkosťou. Jedným z problémov je to, že astronómovia môžu objaviť dvojitý, či trojitý AGN len vtedy, ak sú všetky čierne diery „zapnuté", t.j. aktívne (teda pohlcujú okolitú hmotu a žiaria), vysvetľuje Kevin Schawinski (ETH Zürich, Švajčiarsko). „Astronómovia hľadajú takéto systémy už celé roky a vieme, že by mali existovať," dodáva. Budúce prehliadky oblohy pomocou VLBI by mali poodhaliť viac o výskyte násobných AGN systémov. Aj keď astronómovia nepoužijú VLBI, vďaka tejto novej práci môžu získať viac informácií pre pátranie po dvojitých čiernych dierach. Deaneov tím sa taktiež pozrel na archívne pozorovania z rádioteleskopu Jansky Very Large Array (JVLA) a zistil, že z jednej zložky vnútornej dvojitej čiernej diery kvazaru J1502+1115 vychádza pár výtryskov v tvare písmena „S". Astronómovia už dávno predpovedali, že gravitačný vplyv susednej čiernej diery môže ohnúť výtrysky z AGN, ale až pozorovania z JVLA v spojení s ďalšími pozorovaniami zo siete VLBI zabezpečili prvý priamy dôkaz tohto efektu. Pri budúcich pozorovaniach AGN by preto mohli astronómovia použiť zakrivené výtrysky na rozoznanie viacnásobných AGN systémov aj v prípade že ich zložky nedokážu priamo rozlíšiť. Objav násobných AGN systémov je kľúčový pre štúdium vývoja galaxií. Astronómovia si myslia, že superhmotné čierne diery vo fáze AGN môžu mať vplyv na to, ako sa ich hostiteľské galaxie vyvíjajú, ale presná podstata vzťahu galaxie a AGN zostáva naďalej predmetom diskusií. Pochopenie toho, ako supermasívne čierne diery spolu interagujú je kľúčové pre porozumenie ich vplyvu na galaxie. Násobné AGN systémy sú tiež primárnym cieľom pri hľadaní gravitačných vĺn – jemných sčerení priestoročasu spôsobených zrýchleným pohybom hmotných objektov. Astronómovia zatiaľ vedia veľmi málo o kompaktných systémoch čiernych dier schopných vyžarovať detekovateľné gravitačné vlny (a doteraz ani žiadne tieto vlny priamo nezachytili), ale autori článku tvrdia, že ich práca je predzvesťou objavu mnohých tesných násobných AGN systémov pomocou VLBI, ktoré potom môžu byť veľmi cenné pre cielené štúdie gravitačných vĺn.


Publikované v časopise QUARK, september 2014, RNDr. Zdeněk Komárek