Článek
Podle Einsteinovy obecné teorie relativity hmota ohýbá časoprostor, čtyřrozměrnou „látku“, která prostupuje vesmír a výsledkem je to, co zažíváme jako gravitaci. Stává se to s jakýmkoliv množstvím hmoty. Vy sami právě teď ohýbáte časoprostor, ale je to sotva patrné, dokud se nezabýváte extrémně hmotnými objekty, jako jsou černé díry nebo celé galaxie.
Supermasivní černá díra v centru Mléčné dráhy se otáčí tak rychle, že deformuje časoprostor, který ji obklopuje, do tvaru, který může vypadat jako ragbyový míč. Podle nové studie využívající data z NASA Chandra X-ray Observatory a Národního vědeckého úřadu. Nadace Karla G. Janského Very Large Array (VLA) - Velmi velká pole.
Astronomové tuto obří černou díru nazývají Sagittarius A* (zkráceně Sgr A*), která se nachází asi 26 000 světelných let od Země v centru naší galaxie.
Černé díry mají dvě základní vlastnosti: jejich hmotnost (kolik váží) a rotaci (jak rychle rotují). Určení jedné z těchto dvou hodnot vědcům řekne hodně o každé černé díře a o tom, jak se chová.
Tým výzkumníků použil novou metodu, která využívá rentgenová a rádiová data k určení, jak rychle se Sgr A* otáčí na základě toho, jak materiál proudí směrem k černé díře a od ní. Zjistili, že Sgr A* se otáčí úhlovou rychlostí, počtem otáček za sekundu, což je asi 60 % maximální možné hodnoty, což je limit stanovený materiálem, který není schopen cestovat rychleji, než je rychlost světla.
V minulosti různí astronomové provedli několik dalších odhadů rychlosti rotace Sgr A* pomocí různých technik, přičemž výsledky se pohybovaly od Sgr A*, které se vůbec neotáčel, až po to, že se otáčí téměř maximální rychlostí.
„Naše práce může pomoci vyřešit otázku, jak rychle se točí supermasivní černá díra v naší galaxii,“ řekla Ruth Dalyová z Penn State University, která je hlavní autorkou nové studie. „Naše výsledky ukazují, že Sgr A* se otáčí velmi rychle, což je zajímavé a má dalekosáhlé důsledky.“
Rotující černá díra táhne kolem sebe „časoprostor“ (kombinace času a tří dimenzí prostoru) a okolní hmotu, když se točí. Prostoročas kolem rotující černé díry je také stlačen. Při pohledu shora na černou díru, podél hlavně jakéhokoli výtrysku, který produkuje, má časoprostor kruhový tvar. Při pohledu ze strany na rotující černou díru má však časoprostor tvar fotbalového míče. Čím rychlejší rotace, tím plošší fotbal.
Rotace černé díry může fungovat jako důležitý zdroj energie. Rotující supermasivní černé díry mohou produkovat kolimované výrony, tj. úzké svazky materiálu, jako jsou výtrysky, když je extrahována jejich spinová energie, což vyžaduje, aby v blízkosti černé díry byla alespoň nějaká hmota. Kvůli omezenému množství paliva kolem Sgr A* byla tato černá díra v posledních tisíciletích relativně tichá s relativně slabými výtrysky. Tato práce však ukazuje, že by se to mohlo změnit, pokud se množství materiálu v okolí Sgr A* zvýší.
„Otáčející se černá díra je jako raketa na odpalovací rampě,“ řekl Biny Sebastian, spoluautor z University of Manitoba v kanadském Winnipegu. „Jakmile se materiál dostatečně přiblíží, je to, jako by někdo natankoval raketu a stiskl tlačítko ‚odstartovat‘.“
To znamená, že pokud se v budoucnu změní vlastnosti hmoty a síla magnetického pole v blízkosti černé díry, část obrovské energie rotace černé díry by mohla řídit silnější výrony. Tento zdrojový materiál by mohl pocházet z plynu nebo ze zbytků hvězdy roztrhané gravitací černé díry, pokud by se tato hvězda pohybovala příliš blízko Sgr A*.
„Jety poháněné a kolimované rotující centrální černou dírou v galaxii mohou hluboce ovlivnit dodávky plynu pro celou galaxii, což ovlivňuje, jak rychle a dokonce i to, zda se mohou tvořit hvězdy,“ řekla spoluautorka Megan Donahue z Michiganské státní univerzity. „Fermiho bubliny“ viděné v rentgenovém a gama paprsku kolem černé díry naší Mléčné dráhy ukazují, že černá díra byla pravděpodobně v minulosti aktivní. Měření rotace naší černé díry je důležitým testem tohoto scénáře."
K určení spinu Sgr A* autoři použili empiricky založenou teoretickou metodu označovanou jako „metoda odtoku“, která podrobně popisuje vztah mezi spinem černé díry a její hmotností, vlastnosti hmoty v blízkosti černé díry, a odtokové vlastnosti. Kolimovaný výtok produkuje rádiové vlny, zatímco disk plynu obklopující černou díru je zodpovědný za emisi rentgenového záření. Pomocí této metody výzkumníci spojili data z Chandry a VLA s nezávislým odhadem hmotnosti černé díry z jiných dalekohledů, aby omezili rotaci černé díry.
„Máme zvláštní pohled na Sgr A*, protože je to k nám nejbližší supermasivní černá díra,“ řekl spoluautor Anan Lu z McGill University v Montrealu v Kanadě. „Ačkoli je právě teď ticho, naše práce ukazuje, že v budoucnu dá okolní hmotě neuvěřitelně silný impuls. To se může stát za tisíc nebo milion let, nebo se to může stát během našich životů.“
Dokument popisující tyto výsledky pod vedením Ruth Dalyové je publikován v lednovém vydání 2024 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society a je k dispozici online na https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024MNRAS.527..428D/ abstraktní. Kromě výše zmíněných autorů jsou Christopher O'Dea (University of Manitoba) a Daryl Haggard (McGill University).
