Putujú čierne diery našou Galaxiou?

Nové počítačové simulácie naznačujú, že galaxie, ako napríklad naša Mliečna cesta, by mohli byť domovom desiatok superhmotných čiernych dier. Ako je známe, obrovská čierna diera je aj v strede Mliečnej cesty. To isté platí aj pre väčšinu veľkých galaxií vo vesmíre. Ak práve nehltajú plyn a hviezdy, alebo nevyvrhujú výtrysky plazmy, sú tieto čierne diery relatívne v pokoji. Ale ony neostávajú stále len v centre galaxií. Keď galaxie splývajú, ich plyn a hviezdy sa prerozdeľujú a ich superhmotné čierne diery sa môžu ocitnúť v inej galaxii zachytené jej gravitáciou. Inokedy zasa môže také gravitačné stretnutie poslať čiernu dieru smerom k centru galaxie. Astronómovia si všimli, že keď galaxie splývajú, čierne diery nie vždy putujú smerom k centru. V skutočnosti len malá časť splývajúcich galaxií vytvorí tesné páry centrálnych čiernych dier.

Tento jav je zvlášť výrazný v prípade, ak jedna z galaxií je oveľa menšia (má hmotnosť menej než jednu desatinu hmotnosti druhej galaxie) než druhá: objektom v menšej galaxii by trvalo dlhšie než je vek vesmíru, kým by klesli do jadra veľkej galaxie. Ako dôsledok tohto by veľké galaxie mali hostiť množstvo „obtrhaných" jadier menších galaxií – a ich čiernych dier. V závislosti na tom, o akých veľkých čiernych dierach uvažujeme, astronómovia zistili, že desiatky z nich by sa mohli skrývať na okrajoch galaxií. Koľko ich môže mať taká sústava ako je naša Mliečna cesta? Aby sme lepšie porozumeli tomu, o čo ide v tomto procese, Michael Tremmel (Yale University) sa spolu s kolegami pozreli podrobnejšie na to, ako by sa tieto putujúce čierne diery mohli pohybovať počas miliárd rokov. Vedecký tím použil počítačové simulácie, ktoré sledovali rast vesmírnych štruktúr v kocke „počítačového vesmíru" s hranou 80 miliónov svetelných rokov. V simuláciách astronómovia sledovali vývoj galaxií s hmotnosťou ako má naša Mliečna cesta od obdobia krátko po Big Bangu až doteraz.

Takýto dlhý časový interval je veľmi dôležitý, pretože splývanie galaxií bolo oveľa častejšie práve v prvých miliardách rokov histórie vesmíru. Keď sa v simuláciách dve galaxie k sebe priblížili, čierna diera z menšej galaxie bola zachytená vo vonkajších oblastiach väčšej galaxie. Potom môže byť považovaná za „obyvateľa" väčšej galaxie, a to aj vtedy, ak nie je ponorená do jej špirálového disku. Ako tím astronómov informuje v aprílovom vydaní časopisu Astrophysical Journal Letters, každá z 26 galaxií s hmotnosťou Mliečnej cesty, ktoré vedci sledovali, skončila priemerne s 12 superhmotnými čiernymi dierami. Päť čiernych dier (zasa v priemere) sa nachádzalo ďaleko od jadier svojich galaxií, až na okraji disku.

Tento tím ešte zistil, že galaxie si svoje čierne diery „zozbierali" už veľmi skoro, v niektorých prípadoch počas prvých niekoľkých miliárd rokov svojej existencie, predtým, než sa úplne sformovali ich špirálové ramená. Niekto si môže myslieť, že počas takého dlhého obdobia by mali čierne diery klesnúť do jadier svojich galaxií. Ale je to tak len v niektorých prípadoch. Ak splynutím vytvorená galaxia obsahovala čiernu dieru v blízkosti roviny galaktického disku, mohlo s ňou gravitačne interagovať množstvo hviezd a plynu a mohla pomerne rýchlo klesnúť do jadra galaxie. Tie, ktoré prežili ako tuláci, zaviedli ich obežné dráhy ďaleko nad alebo pod rovinu galaktického disku, kde je málo hviezd a plynu. Obsahuje teda naša Mliečna cesta ďalšie superhmotné čierne diery? Ťažko povedať. Nedávne pozorovania naznačili, že by mohli existovať čierne diery strednej hmotnosti, ale astronómovia to spochybňujú. Predbežné údaje z astrometrickej družice GAIA poukazujú na to, že Mliečna cesta v posledných 9 miliardách rokov nezhltla nič väčšie než je Veľký Magellanov mrak.

Takže ak máme u nás nejaké tulácke superhmotné čierne diery musia tu byť už dosť dlho. Museli by stráviť mnoho času v špirálovom disku a pravdepodobne by nemali dostatok plynu na akréciu a teda na svoj rast a pozorovateľnú aktivitu. A bez zdroja potravy by boli pre nás nepozorovateľné. Ak by boli stále ešte obkolesené zvyškom svojej starej galaxie, mohlo by to pomôcť ich aktivite, ale hľadanie takých objektov neprinieslo nejaké presvedčivé príklady. Tím pracuje na spôsoboch, ako hľadať tieto putujúce superhmotné čierne diery. Nie je však zrejme žiaden dôvod obávať sa toho, že sa niekde neďaleko nás zjaví superhmotná čierna diera. Astronómovia odhadli, že naša slnečná sústava by mala prechádzať okolo takéhoto pútnika priemerne každých zhruba 100 miliárd rokov, čo je 10-násobok veku vesmíru. Takže nepanikárme!

Publikované v časopise QUARK, 7/2018, RNDr. Zdeněk Komárek

Text k obrázkom: Obr. 1 -  putujuce_cierne_diery1: Počítačom generovaná kresba čiernej diery spôsobujúcej zakrivenie prechádzajúceho svetla. zdroj: Alain Riazuelo Obr. 2 - putujuce_cierne_diery2: Dve z počítačovo simulovaných galaxií, ktoré tím študoval, sú zobrazené zboku a zhora. Biele bodky označujú superhmotné čierne diery a šípky smery ich pohybu, pričom dĺžky šípok udávajú ich rýchlosti vzhľadom na jadro galaxie. Ako je možné vidieť, čierne diery majú tendenciu nachádzať sa mimo galaktického disku. Zdroj: Tremmel M., Governato F., Volonteri M., Pontzen A., Quinn T. R., 2018, The Astrophysical Journal Letters 2018, 857, L22