Vesmírný valčík obřích černých děr skončí srážkou

Výzkumníci objevili dvě superhmotné černé díry, které jsou z 99 procent na cestě k prudké srážce, která bude tak mohutná, že ji astronomové zaznamenají i na Zemi, napsal web LiveScience. Objekty po dobu 13 let monitorovali na kalifornské hvězdárně Owens Valley Radio Observatory.

Hmotnost každé z těchto černých děr v systému PKS 2131-021, vzdáleném od nás devět miliard světelných let (čili budeme pozorovat něco, co se událo před tak dlouhým časem – pozn. red.), se pohybuje v řádech stovek milionů Sluncí.

Podle prohlášení amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) se dané dva objekty u sebe stabilně pohybují po dobu asi 100 milionů let a nyní sdílejí binární dráhu, přičemž obě černé díry kolem sebe oběhnou přibližně každé dva roky.

Díry jsou přitom od sebe vzdáleny „pouze“ zhruba 2000 astronomických jednotek (AU), tedy 2000násobek vzdálenosti Země-Slunce. Jsou tak již uzavřeny v jakési „spirále smrti“.

Za 10 tisíc let, tedy z kosmického pohledu „za chvíli“, se mají tyto dvě černé díry srazit. Jejich spojení otřese strukturou časoprostoru a vyšle gravitační vlny napříč vesmírem – jak připomněl web EarthSky, něco takového před více než 100 lety předpověděl Albert Einstein.

Tým expertů publikoval svou recenzovanou studii 23. února v odborné publikaci The Astrophysical Journal Letters.

Astronomové onen objev učinili pozorováním kvasaru s názvem PKS 2131-021. Kvasar je aktivní jádro galaxie a rovněž jasný objekt, protože supermasivní černá díra ve středu galaxie nasává materiál a vytváří výtrysk, který můžeme vidět v rádiových vlnách.

Kvasar PKS 2131-021 je součástí podkategorie kvasarů známé jako tzv. blazar. Blazar je kvasar – aktivní galaktické jádro – který v pravidelných intervalech vypouští plazmu pohybující se téměř rychlostí světla, a to směrem k Zemi.

Pokud se objekty opravdu spojí, spolknou velké množství hmoty. Do okolí naopak vytryskne mnoho energie. Okolní plyny se zahřejí, dojde k atomovým a chemickým reakcím, které budou pozorovatelné jako velké množství gama a rentgenového záření. Srážka také vyprodukuje gravitační vlny, které, jak už bylo nastíněno, doslova rozvlní celý časoprostor.

Jas blazaru PKS 2131-021 tedy kolísá v pravidelných intervalech, autoři studie výkyvy přirovnali k tikání hodin. Vědci se domnívají, že právě tyto záblesky jsou důkazem, že se objekty vzájemně přitahují.

Ačkoli nikdo z nás nebude svědkem výsledné „epické kolize“, studování PKS 2131-021 by nyní mohlo odhalit nové informace o tom, jak vznikají supermasivní černé díry a co se stane, když se dvě z nich srazí. Černé díry velkých rozměrů má ve svém středu většina galaxií.

Aby se teorie potvrdila, prozkoumali astronomové data z pěti observatoří za posledních 45 let. Ta naznačují, že jasnost binárního blazaru se bude v průběhu času dále měnit. Superhmotné černé díry se tak podle autorů výzkumu staly nejtěsněji propojeným párem, který kdy byl ve vesmíru odhalen.

„Když jsme si uvědomili, že vrcholy a minima světelné křivky detekované z nedávné doby odpovídají maximům a minimům pozorovaným v letech 1975 až 1983, věděli jsme, že se děje něco velmi zvláštního,“ poznamenala k tomu hlavní autorka Sandra O'Neillová z Kalifornského technologického institutu, který její vyjádření poskytl na svém webu.

Černé díry patří mezi nejzáhadnější a nejzajímavější objekty ve vesmíru – křiví světlo i čas a z jejich středu se nedostane ven vůbec nic, ani gravitační vlna. Srážku těch supermasivních černých děr dosud lidstvo nemělo šanci pozorovat, vědci dokonce ani nevědí, jestli k ní někdy došlo. Jiný výzkum ale dokonce naznačuje, že se tato událost možná odehraje během příštích desítek až stovek dní. Nemálo odborníků vědců je ale skeptických.

Astronomové z Číny analyzovali data z kalifornského teleskopu Zwicky Transient Facility a v centru galaxie vzdálené 1,2 miliardy světelných let zachytili náznaky rychle se blížící kolize dvou supermasivních černých děr s hmotností stovek milionů Sluncí, a to možná už během pouhých pár měsíců. Všimli si totiž podivného chování galaktického centra SDSSJ1430+2303, jehož periodická variabilita se rychle snižovala.

Že by se něco takového mohlo stát, tvrdí článek, který vyšel na konci ledna na webu arXiv. Příslušná studie nicméně neprošla recenzním řízením, proto se světoví vědci pokusili co nejrychleji její předpoklady ověřit a dokázat či vyvrátit.

Hlavním autorem článku v časopise Science, který vyvolal kontroverzi, je Huan Yang z Perimeter Institute v kanadském Waterloo. Pracoval na tom s kolegy působícími zejména na univerzitách v Číně, ale právě i v Kanadě. Řada badatelů, kteří data prověřovali, si zdaleka není jistá, jestli naznačují, co podle předpovědi mají.

„Není jasné, zda se v té galaxii nachází dvojice černých děr, natožpak dvojice, která se chystá splynout,“ reagoval např. Scott Ransom z americké Národní radioastronomické observatoře, který považuje předložené důkazy za „poměrně nepřímé“.

Několik postřehů k tomu v rozhovoru z první poloviny března na webových stránkách Akademie věd ČR poskytl i Jiří Svoboda z Astronomického ústavu AV ČR.

„V pozorované galaxii docházelo v posledních třech letech k periodickému zjasňování a zeslabování záření. Nejpozoruhodnější je, že se perioda během té doby zkrátila z jednoho roku na měsíc. To by odpovídalo tomu, že se může jednat o systém dvou černých děr, které se k sobě přibližují. Pokud by se to potvrdilo, vědci by srážku děr očekávali již za 100 až 300 dní (zpráva se poprvé objevila na konci ledna – pozn. red.). Pokud by šlo o srážku dvou černých děr, moment jejich splynutí by zřejmě doprovázelo velké zjasnění,“ přiblížil Svoboda.

Zatím pozorování podle něj naznačují, že navzdory zkracování periody zjasnění spíše slábnou. „Je tak otázkou, zda to není v rozporu s hypotézou srážky černých děr,“ poznamenal.

Autoři studie podle Svobody zveřejnili ještě nerecenzovanou zprávu, jelikož chtěli včas informovat vědeckou komunitu a také nalákat kolegy, aby se na daný objekt zaměřili různými teleskopy a detailně jej studovali.

A co lze očekávat, pokud by ke srážce došlo? „Mohlo by nastat výrazné zjasnění napříč celým elektromagnetickým spektrem, tedy od rádiové oblasti přes infračervenou, viditelnou ultrafialovou, rentgenovou až po gama záření. Nezářily by samotné černé díry, ale hmota, která kolem nich obíhá. Velké množství uvolněné energie by se projevilo zářením či rázovými vlnami vedoucími k sekundárnímu záření. Zřejmě by to také způsobilo vyslání energetických částic. Např. projekt IceCube na Antarktidě by mohl detekovat spršku neutrin. Jde o energetické částice, které se pohybují prakticky rychlostí světla, mají nulovou nebo velmi malou hmotnost a díky tomu mohou být natolik urychleny, aby dorazily jen s minimálním zpožděním oproti záření,“ popsal astronom.

Je však možné, že se nestane nic.