Češi pomáhají rozluštit astronomickou hádanku Cygnus X-3

„Světlo, které pozorujeme, je odrazem od vnitřních stěn trychtýře tvořeného okolním plynem, který připomíná zmrzlinový pohár se zrcadlovým vnitřkem,“ popsal tiskový tajemník Astronomického ústavu Akademie věd ČR Pavel Suchan, který o nových zjištěních Novinkám zaslal tiskovou zprávu.

K nejenergetičtějším úkazům ve vesmíru patří tzv. rentgenové dvojhvězdy. Obecně se jedná o systémy složené ze dvou nebeských těles: běžné hvězdy a kompaktního mrtvého objektu, tj. černé díry nebo neutronové hvězdy, která nasává materiál ze svého hvězdného společníka.

V tomto případě má být tedy podle aktuálních zjištění tím mrtvým objektem u běžné hvězdy právě černá díra.

V naší Galaxii bylo dosud identifikováno několik stovek takových zdrojů záření. Mezi první rentgenové dvojhvězdy objevené ve vesmíru patří systém Cygnus X-3, nalezený v souhvězdí Labutě.

Od počátku 70. let minulého století byl daný binární systém známý svou schopností krátkodobě zjasnit jako jeden z nejintenzivnějších rádiových zdrojů na obloze, avšak za několik dní pohasnout nebo zcela zmizet.

Pozoruhodné chování systému během těchto krátkodobých, vysoce energetických událostí, kontrastující s jeho jinak „normální“ povahou, vedlo k tomu, že jej astronom R. M. Hjellming v roce 1973 nazval „astronomickou hádankou Cygnus X-3“. Od té doby se o pochopení její povahy snaží mnoho vědců.

Průlom ve snahách rozlousknout příslušnou záhadu přineslo právě studium tohoto systému pomocí družice IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), která je pilotním projektem americké vesmírné agentury NASA a italské ASI.

Podle Alexandry Veledinové, vědecké pracovnice na Univerzitě v Turku ve Finsku a hlavní autorky nové studie zveřejněné v odborném časopise Nature Astronomy, umožnilo měření rentgenové polarizace s IXPE nahlédnout do konfigurace hmoty tvořící nejbližší okolí černé díry.

„Zjistili jsme, že kompaktní objekt je obklopen obálkou z husté neprůhledné hmoty. Světlo, které pozorujeme, je odrazem od vnitřních stěn trychtýře tvořeného okolním plynem, který připomíná zmrzlinový pohár se zrcadlovým vnitřkem,“ objasnila.

Objev vedl k identifikaci systému Cygnus X-3 jako člena třídy tzv. ultrajasných rentgenových zdrojů, které spotřebovávají hmotu tak obrovským tempem, že černá díra nestíhá pohltit všechen materiál padající do ní ze sousední hvězdy, tudíž se jeho část vyvrhuje směrem ven.

„Ultrajasné rentgenové zdroje jsou obvykle pozorovány jako zářivé skvrny na snímcích vzdálených galaxií, přičemž jejich emise jsou zesíleny fokusačním efektem okolního trychtýře kompaktního objektu, který působí podobně jako megafon,“ upřesnil její kolega Juri Poutanen.

„Vzhledem k obrovským vzdálenostem k těmto zdrojům, které tisíckrát přesahují rozpětí naší Galaxie, se však rentgenovým dalekohledům jeví jako relativně slabé. Náš objev nyní odhalil jasný protějšek těchto vzdálených objektů sídlící přímo v naší Galaxii,“ konstatoval.

Zkrátka a dobře: tento zdroj rentgenového záření je výrazně jasný proto, že je na obvyklé poměry „prostě blízko, tedy v naší Galaxii“, jak pro Novinky doplnil Suchan.

Do roku 2021 bylo možné zkoumat rentgenové světlo z vesmíru prakticky jen pomocí spektrální analýzy. Satelit IXPE je prvním detektorem rentgenové polarizace svého druhu a otevírá tak astronomům zcela nový pohled do vysokoenergetických objektů.

„Naše studie dokládá, jak moc je důležité kombinovat informace z různých metod pozorování pro pochopení těch nejdéle trvajících záhad vesmíru,“ zdůraznil Jakub Podgorný z Astronomického ústavu AV ČR, který se na tom podílel mezi vedoucími autory v rámci svého absolvovaného doktorského studia ve Štrasburku a v Praze. Jeho úkolem bylo simulovat rozdílné scénáře v blízkém okolí centrální černé díry pro správnou interpretaci dat.

Na objevu se podíleli i pracovníci Astronomického ústavu Michal Dovčiak, Jiří Svoboda a Vladimír Karas - přispěli v oblasti datové analýzy, modelování a vývoje mise IXPE.

Další výzkum onoho mimořádného kosmického zdroje záření může nabídnout i nové příležitosti k detailnímu badání ohledně extrémního pohlcování hmoty v kosmu.