Dva prstence kolem obřích černých děr? Může za tím být temná hmota

Vědci z Fyzikálního ústavu Slezské univerzity v Opavě studují nevysvětlené vlastnosti proměnného rentgenového záření pocházejícího z blízkosti superhmotných černých děr. Závěry výzkumu vedou k nečekaným informacím o rozložení a interakci dosud málo probádané skryté hmoty v kosmu. Je tak možné, že existují dva disky kolem supermasivních černých děr.

Nová studie, o které ústav informoval začátkem května, by tak mohla pomoci lépe zkoumat odvěkou záhadu: tj. skrytou hmotu, která sice tvoří čtvrtinu celého vesmíru, ovšem stále nikdo neví, z čeho se sama skládá.

„Náš výzkum se dá interpretovat jako docela silný náznak toho, že v blízkosti supermasivních černých děr existuje pravděpodobně mnoho skryté hmoty. A to nikoli ve standardní podobě elementárních částic, které slabě interagují, ale dá se předpokládat, že v těsném okolí takové supermasivní černé díry bude existovat spousta polapených černých děr, což bude výrazně zvyšovat dané množství temné hmoty. To vše ovlivňuje procesy i v těsné blízkosti hlavní černé díry,“ vysvětlil ředitel Fyzikálního ústavu v Opavě, profesor astrofyziky a teoretické fyziky Zdeněk Stuchlík.

Opavská vědecká skupina Zdeňka Stuchlíka se konkrétně zabývá vlivem skryté hmoty v okolí supermasivních černých děr na oscilace tzv. akrečních struktur v jejich okolí, jež se podepisují na charakteru rentgenového záření přicházejícího z oněch struktur.

„Akreční disk je hmota, která přichází z velké vzdálenosti, má nějaký moment hybnosti, takže nepadne na černou díru přímo, ale začne kolem ní obíhat. Postupně přichází další a další hmota. Vrstvy se navzájem třou, díky tomu se uvolňuje obrovské množství energie, a ta se vyzařuje právě jako záření akrečního disku, které pozorujeme,“ popsal Stuchlík.

„Při pozorovaní záření z horké hmoty akrečních disků obíhajících černé díry sledujeme dvě zesílené frekvence záření. To je emitováno z blízkého okolí tzv. horizontu událostí,“ dodal spoluautor jedné z vědeckých prací o nových zjištěních Jaroslav Vrba.

Díky této hmotě by mohly podle Stuchlíka existovat dvě diskové struktury. „To, že nepadne do černé díry, ale začne se kupit, může být právě důkaz skryté hmoty kolem černých děr,“ konstatoval.

Ačkoli se světoví astronomové věnují výzkumu vesmíru už celá staletí, více než 95 procent složení vesmíru je nám dosud neznámé. Předpokládá se, že 68 procent tvoří skrytá energie a 27 procent neznámého složení představuje skrytá hmota.

Díky své gravitaci tvoří skrytá hmota shluky podobně jako ta viditelná, která je k těmto strukturám také přitahována. Některé výzkumy ukazují, že by přítomnost skryté hmoty mohla mít vliv na tzv. polarizaci mikrovlnného záření přítomného ve vesmíru.

Předpokládá se, že tento jev způsobují hypotetické částice zvané axiony. Nicméně jinak nikdo nemá tušení, jakou mají tyto částice povahu či podobu.

„Nesoulad astronomických pozorování s teoretickými hodnotami očekávanými v okolí těchto černých děr nás dovedl k myšlence, že zde může hrát velkou roli právě skrytá hmota. Je to celkem logické, neboť skrytou hmotu pozorujeme pouze díky jejím gravitačním účinkům a podle pozorování se nachází ve velkém množství ve většině galaxií ve vesmíru. Kde jinde bychom ji tedy měli očekávat více než právě v okolí superhmotných černých děr uprostřed galaxií, kde je soustředěna největší hmotnost?“ konstatuje Vrba.

Podle výpočtů fyziků je skrytá hmota okolo černých děr rozložena v nemalém množství. V okolí může být rozložena skrytá hmota o hmotnosti 20–200 procent příslušné černé díry.

„Kdyby uprostřed Sluneční soustavy byla černá díra, která se nachází v centru naší Galaxie, svým průměrem by zasahovala do čtvrtiny vzdálenosti k Merkuru a skrytá hmota rozložená v zóně až po dráhu Jupiteru by měla hmotnost až osm milionů Sluncí,“ uvedl Vrba příklad.

„Právě díky skryté hmotě vyvolávající gravitační poruchy běžného prostoročasu černé díry může za určitých okolností dojít ke vzniku dvou oddělených akrečních disků, přičemž z vnějšího disku může padat hmota na vnitřní, ale z vnitřního disku na černou díru už nikoli,“ shrnul Vrba s tím, že tato stabilita je jen dočasná.

Šlo by to podle něj přirovnat k mezerám v prstencích v okolí velkých planet způsobených gravitačními účinky měsíců v okolí.

Vlastnosti prstenců – lépe řečeno disků – kolem obřích černých děr, které předpovídá studie opavských vědců, by měly být vodítkem k budoucímu zpřesnění rozložení skryté hmoty nejen kolem černých děr samotných, ale i v centrech galaxií.

Takové „prstence“ však zatím naše technologie neumí pozorovat. „Nemáme fotku disku. My pozorujeme záření, a z vlastností záření musíme odhadovat, co se tam děje,“ uzavřel Vrba.