Astronomové objevili první dvojhvězdu poblíž supermasivní černé díry v centru Mléčné dráhy

Dvojhvězdy, tedy hvězdy obíhající kolem sebe, jsou ve vesmíru velmi běžné, ale nikdy předtím nebyly nalezeny v blízkosti supermasivních černých děr, kde intenzivní gravitace může snadno způsobit nestabilitu těchto hvězdných systémů. Výzkum, na kterém spolupracovali také čeští astronomové Michal Zajaček a Vladimír Karas, byl publikován 17. prosince 2024 v časopise Nature Communications. Na nová zjištění upozornil např. vědecký server Phys.org.

Téměř každá velká galaxie má ve svém centru supermasivní černou díru, která svojí gravitací urychluje její formování a růst. Ta, která sídlí uprostřed naší Mléčné dráhy, se nazývá Sagittarius A* (Sgr A*). Je asi čtyřmilionkrát hmotnější než naše Slunce a je oproti jiným relativně klidná a stabilní, jen občas pohlcuje mezihvězdný plyn nebo prach, které se k ní dostatečně přiblíží.

Víme, že hvězdy se mohou tvořit i v celkem těsné blízkosti těchto „monster“, a dokonce kolem nich obíhat, ale astronomové zatím nikdy neviděli dvojici hvězd přežívajících společně tak blízko. „Je tedy zapotřebí dalšího výzkumu, abychom si byli jisti, o jaké objekty se jedná,“ řekla astrofyzička Anna Ciurlová z Kalifornské univerzity v Los Angeles a dodala: „Řada otázek kolem těchto objektů zůstává stále otevřená.“

Dotyčná dvojhvězda je stará asi 2,7 milionu let, tato soustava označená jako D9 je tedy poměrně mladá. Vypadá to, že její složky kolem sebe obíhají v té „správné“ vzdálenosti: pokud by byly od sebe příliš daleko, silné slapové síly gravitačního pole černé díry by je od sebe celkem rychle oddělily.

Kdyby se naopak obě složky dvojhvězdy k sobě příliš přiblížily, mohly by se zase rychle spojit v jednu hvězdu. Hvězdy mají cca 2,80 a 0,73 hmotnosti Slunce a oběhnou kolem sebe jednou za 372 dní.

Toto „kosmické duo“ zřejmě ale tak jako tak nezůstane stabilní navždy. Nakonec zřejmě dojde k naplnění druhého scénáře, tedy že se spojí v jednu větší hvězdu, i když se neví přesně, kdy k tomu dojde, jak zmínil hlavní autor studie Florian Peissker z univerzity v Kolíně nad Rýnem.

„Ve skutečnosti jsme měli ohledně této dvojhvězdy štěstí,“ řekl. „Pozorovali jsme systém právě v ten správný moment.“

Systém D9 byl objeven na základě dat získaných pomocí dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) mezivládní organizace Evropská jižní observatoř (ESO) v Chile. Členem ESO je i Česko.

„Pomohlo nám to pochopit, jak mohou hvězdy přežívat v prostředí s extrémní gravitací, a mohlo by nám to i vydláždit cestu k detekci planet v blízkosti objektu Sagittarius A*. Černé díry nejsou tak destruktivní, jak jsme si mysleli,“ tvrdí Peissker.

Nový objev ukazuje, že některé dvojhvězdy mohou krátce „prosperovat“ i za destruktivních podmínek, zvláště když mají k sobě jejich složky dosti blízko. Dvojhvězdný systém D9 byl detekován právě včas: jak už bylo řečeno, jeho stáří se odhaduje na pouhých 2,7 milionu let – a silné gravitační působení mezi jeho složkami pravděpodobně způsobí, že dojde ke spojení v jednu hvězdu během pouhého jednoho milionu let.

Dlouho se vědci také domnívali, že extrémní prostředí v blízkosti supermasivní černé díry dokonce vzniku nových hvězd brání. Několik mladých hvězd nalezených v těsné blízkosti Sagittaria A* však tento předpoklad vyvrátilo. Objev mladé dvojhvězdy nyní ukazuje, že mohou v těchto drsných podmínkách vznikat i hvězdné páry.

„Systém D9 vykazuje jasné známky přítomnosti plynu a prachu v okolí hvězd, což naznačuje, že by se mohlo jednat o velmi mladý hvězdný systém,“ vysvětluje spoluautor práce Michal Zajaček z Masarykovy univerzity v Brně a z Univerzity v Kolíně nad Rýnem.

Nově objevená dvojhvězda byla objevena v husté hvězdokupě, která obsahuje hvězdy a další objekty, které obíhající kolem černé díry Sagittarius A*. Tato hvězdokupa se nazývá „kupa S“. Nejzáhadnější v této hvězdokupě jsou objekty G, které se sice chovají jako hvězdy, ale vypadají jako oblaka plynu a prachu.

Právě během pozorování těchto záhadných objektů G objevil člen týmu u objektu označeného D9 překvapivý vzorec chování. Spektroskopická data odhalila opakující se změny v radiální složce rychlosti (tj. složka rychlosti objektu směrem k pozorovateli), což naznačuje, že D9 jsou ve skutečnosti opravdu dvě hvězdy obíhající kolem sebe.

„Myslel jsem si, že moje analýza byla špatná,“ prohlásil Peissker, „ale daný spektroskopický vzorec trval asi 15 let a z toho bylo jasné, že jde o skutečně první dvojhvězdu pozorovanou v kupě S.“

Výsledky vrhají nové světlo na to, čím by záhadné objekty G mohly být. Členové výzkumného týmu se domnívají, že by se mohlo jednat o kombinaci dvojhvězd, které se ještě nesloučily, a zbytkového materiálu z již sloučených hvězd.

Přesná povaha mnoha objektů obíhajících kolem supermasivní černé díry Sagittarius A*, stejně jako to, jak mohly vzniknout tak blízko ní, zůstává záhadou. Brzy by to však mohl změnit upgrade interferometru na teleskopu VLT a přístroje METIS na druhém dalekohledu ESO/ELT (Extremely Large Telescope), který je nyní ve výstavbě v Chile.

Obě zařízení umožní členům týmu provést ještě detailnější pozorování středu naší galaxie, odhalit povahu již známých objektů a nepochybně odhalit i další dvojhvězdy a jiné mladé systémy.

„Náš objev později umožní uvažovat i o přítomnosti planet v této oblasti, protože ty obecně často vznikají kolem mladých hvězd. Zdá se tedy pravděpodobné, že detekce planet v centru Galaxie je jen otázkou času,“ uzavírá Peissker.