Černá díra v kulové hvězdokupě

Astronomové nalezli novou černou díru. Na tom by nebylo nic neobvyklého, ale objevená černá díra se nachází v kulové hvězdokupě, ve které by neměla být.

Nový objev černé díry v kulové hvězdokupě má velký význam pro výzkum dynamiky hvězdokup a pro objasnění existence nové třídy černých děr – středně hmotných (intermediate-mass). Tom Maccarone z University of Southampton v Anglii vedl mezinárodní tým vědců, který objev učinil pomocí evropské rentgenové družice XMM-Newton.

Kulové hvězdokupy jsou skupiny až milionu velmi starých hvězd. Mnoho vědců pochybovalo o výskytu černých děr v tak exkluzivním prostředí. Počítačové simulace ukazovaly, že nově vzniklá černá díra nejdříve klesne směrem ke středu shluku a následně je díky efektu gravitačního praku, působení mnoha hvězd, katapultována ven. Nová pozorování, ale ukázala, že černá díra se může v kulové hvězdokupě nejen udržet, ale dokonce tam může růst a rozvíjet se. Ještě větším překvapením byla rychlost objevu.

"Byli jsme připravení na dlouhé a systematické prohledávání tisíců kulových hvězdokup s nadějí, že objevíme alespoň několik černých děr," říká Maccarone. "Ale my jsme první černou díru našli ihned na začátku hledání. Byla to druhá kulová hvězdokupa, na kterou jsme se podívali," dodává Maccarone. Vědci pátrají dál, chtějí nalézt alespoň jednu další černou díru uvnitř kulové hvězdokupy.

Vědci se domnívají, že existují dvě hlavní třídy černých děr. Jednak supermasivní černé díry, které mají hmotnost až miliard Sluncí a nacházejí se v jádrech většiny galaxií, včetně té naší. Kvasary jsou jedním z příkladů supermasivních černých děr. Pak je zde druhá třída a to jsou malé černé díry s hmotností přibližně deseti Sluncí. Tyto relativistické objekty jsou záverečným stádiem ve vývoji hvězdy, při kterém se jádro velmi hmotné hvězdy zhroutí. Naše Galaxie obsahuje asi jeden milion takovýchto černých děr.

Černé díry nejsou viditelné, ale okolní prostor může periodicky zářit při "krmení" černé díry. Když plyn padá do černé díry, rozehřívá se do vysokých teplot a vyzařuje hodně světla, především v rentgenové části spektra. Tom Maccarone a jeho tým našel takovou krmící se černou díru v kulové hvězdokupě v galaxii NGC 4472, která je vzdálená 50 milionů světelných let od Země a nalézá se v galaktické kupě v souhvězdí Panny.

Teleskop XMM-Newton je extrémně citlivý na proměnlivé rentgenové zdroje a může je efektivně detekovat na velké části oblohy. Tým taktéž využil rentgenový kosmický dalekohled NASA Chandra, který umožňuje vysoké úhlové rozlišení. Vědci tak mohli přesně určit pozici zdroje rentgenového záření a společně s pozorováními ve viditelné části spektra stoprocentně určit, že se černá díra skutečně nachází uvnitř kulové hvězdokupy. Kulové hvězdokupy jsou jedny z nejstarších struktur ve vesmíru, obsahující hvězdy obvykle více než 12 miliard let staré. Černé díry ve shluku s největší pravděpodobností vznikly již před mnoha miliardami let, což je také důvodem, proč si astronomové mysleli, že byly již dávno vymrštěny pryč.

Detaily v rentgenovém oboru z dalekohledu XMM-Newton sice připouští malé pochybnosti, že jde skutečně o černou díru, nicméně objekt je příliš jasný a proměnlivý na to, aby se jednalo o něco jiného. Ve skutečnosti se jedná o extrémně jasný ultra-zářivý rentgenový objekt, který je označován jako ULX. Tyto objekty jsou mnohem jasnější, než Eddingtonova mez pro černé díry velikosti hvězd. Tato mez zjednodušeně ukazuje mezní případ, kdy zářící objekt svítí tak intenzivně, že působící zářivá síla je v dynamické rovnováze s gravitační silou. Jinými slovy efektivní gravitace je nulová. ULX by měly mít hmotnost tisíců Sluncí, tedy méně než supermasivní černé díry, ale více než černé díry vzniklé zhroucením hvězd. Proto se těmto objektům říká středně hmotné černé díry.

Takováto černá díra by mohla získávat hmotu slučováním s jinými černými děrami, nebo pohlcováním hvězdného plynu ve shluku. "Když bude černá díra dostatečně hmotná, má vcelku dobré vyhlídky přežít tlaky vyplývající ze života v kulové hvězdokupě do té doby, než se stane příliš těžkou na vykopnutí ven," říká Arunav Kundu z Michiganské státní university. "Můžeme vidět, jak se černá díra, která může značně růst, stává stále více pevnější součástí shluku a roste tak ještě více," dodává Kundu. "Na druhé straně je mnoho způsobů, jak vytvořit ULX bez požadavku existence černé díry se střední hmotností. Zvláště pokud je jas světla různý v jiných směrech, než v tom, kterým prochází plynem k nám. Světlo rovněž může být odrazem soustředěno směrem k nám a tak se může jevit jasnější, než je," dodává Kundu.

Až další výzkumy nám se stoprocentní jistotou prozradí, zda je tento objekt skutečně černou dírou střední hmotnosti, nebo "jen" černou dírou menší hmotnosti, která pohlcuje plyn neobvyklým způsobem.