Galaktické příběhy – v centru čeká černá díra

Některá galaktická centra září více, než všechny hvězdy galaxie dohromady. Uprostřed ostrova hvězd, plujícího osamělým vesmírem, čeká na astronomy fascinující a tajemný objekt, fungující podle zákonů, které jsou našemu světu cizí.

Běžná galaxie má tvar velkého plochého disku se silnější středovou oblastí. V ní leží tzv. jádro, které září intenzivněji, než její okrajové oblasti. Nacházíme v něm nejvyšší koncentraci hvězd.

Některá galaktická jádra ale září tak silně,  že svou intenzitou překryjí signál celé galaxie. Tak silně, že se to nedá vysvětlit ani případnou extrémně vysokou koncentrací hvězd. Jaké procesy jsou za tento jev zodpovědné?

AGN – active galactic nuclei

První zvláštní objekty, které které vyzařovaly enormní množství energie, byly nalezeny už před sto lety. Rozvoj radioastronomie nechal jejich počet po druhé světové válce narůst na několik desítek až set tisíc. Měly různé vlastnosti, které na první pohled vylučovaly, že by se mělo jednat o stejný typ objektů. Vědci je proto nazývali různými jmény - blasary, kvazary, radiogalaxie nebo seyfertovy galaxie.

Akreční disk

je disk, vytvořený z rozptýleného materiálu obíhajícího okolo centrálního tělesa. Tím může být mladá hvězda, protohvězda, bílý trpaslík, neutronová hvězda nebo černá díra. Gravitace nutí materiál v disku padat po spirále  jeho středu. Gravitační síly materiál stlačují a způsobují tak vyzařování elektromagnetického záření.

Akreční disky mladých hvězd a protohvězd září v infračerveném spektru, disky okolo neutronových hvězd a černých děr v rentgenové oblasti spektra.

Dnes víme, že se v centru extrémně jasných galaxií skrývají obří  černé díry, které „požírají“ velké množství okolní hmoty. Oblast, ze které záření vychází, je ve srovnání s velikostí galaxie velice malá. Černá díra s hmotností tří miliard Sluncí má například velikost, odpovídající velikosti našeho slunečního systému.

Centrální černá díra je obklopena diskem plynu a prachu, který dostal název akreční disk.

Hmota akrečního disku je přitahována obří gravitací černé díry. Dřív, než v ní nadobro zmizí, nahřeje se na vysokou teplotu. Ta jí dovolí, aby vyzařovala vysoce energetický druh záření, které následně přinutí zářit i okolní plyn. Zhruba deset procent aktivních galaktických center kromě toho vyzařuje velké množství radiového záření.  

U některých AGN pozorují vědci tzv. „polární jet“, relativně úzký pás vysoce energetických částic. Dosahují v něm téměř rychlosti světla. Patří k těm nejintenzivnějším jevů, jaké se dají ve vesmíru spatřit.

Jejich výskyt je poměrně stejnoměrný. Nejstarší známý objekt vyslal své záření naším směrem 770 000 let po velkém třesku. Jeho částice letěly vesmírem 13 miliard let, než dopadly na pozemský teleskop. Naopak nejbližší známý jet je od nás vzdálen jen 3,2 milionu světelných let.

Díra v Mléčné dráze

I naše galaxie má ve svém centru supermasivní černou díru. Na rozdíl od svých aktivních příbuzných, naštěstí téměř nezáří. Znamená to, že pohlcuje jen velmi málo hmoty. Její poslední aktivnější perioda se udála před zhruba deseti miliony let. V té době už na Zemi existoval život, dokonce život poměrně vyvinutý a komplexní. Zdá se tedy, že ani velice aktivní galaktická centra nevylučují, aby se na planetách v "postižených" galaxiích vyvinul komplexní život.

Galaktické centrum Mléčné dráhy se nachází v souhvězdí Střelce. Dostalo název Sagitarius A*. Jeho běžné, viditelné světlo nemůžeme pozorovat proto, že se mezi námi a centrem nacházejí oblaka plynu a prachu. Věda dnes disponuje dostatečně přesnou představou o jeho složení díky nepřímým pozorováním v radiové, v rentgenové a infračervené oblasti.

Centrum Mléčné dráhy tvoří černá díra s hmotností 4,31 milionu Sluncí, kterou obíhá skupina hvězd. Nejbližší z nich je vzdálená 17 světelných hodin a oběhne černou díru za 15 let.

Obrázek: dráhy planet kolem černé díry v centru Mléčné dráhy, situace z roku 2011. Zdroj: ESO, (http://cdn.eso.org/images/screen/eso1151b.jpg)

Obrázek: oblak hmoty, který je přitahován černou dírou v centru Mléčné dráhy. Zdroj: ESO, (http://cdn.eso.org/images/screen/eso1151a.jpg)

V roce 2012 byl zveřejněn snímek, zachycující oblak hmoty, který je právě přitahován galaktickým centrem Mléčné dráhy (viz obrázek nahoře). Je pravděpodobně výsledkem kolize dvou tamních hvězd. V průběhu posledních sedmi let se jeho rychlost, kterou se kolem černé díry pohybovala, téměř zdvojnásobila, na zhruba 8 miliónů km/h. Časem se nejspíš zbaví vnější hmoty a bude vypadat stejně, jako ostatní hvězdy, které obíhají kolem centra naší galaxie.

Příště: Galaktické příběhy - Andromeda