Záhada černých děr ve vesmíru: vědci našli důkaz, že z nich lze získat energii

Onou kouřící pistolí v ruce, s níž byla černá díra "přistižena", je nejsilnější záblesk gama záření, jaký kdy astronomové zaznamenali. Stalo se to v lednu 2019 a tato vesmírná událost získala označení GRB 190114C. Šlo doslova o kolosální erupci se silou kolem bilionu elektronvoltů (1 TeV) ve vzdálenosti 4,5 miliardy světelných let.

Fyzici z celého světa zadrželi dech. Nastal experiment poslední naděje

"Záblesky gama záření představují nejmocnější přechodné jevy na obloze a uvolňují energie v hodnotě až 1054 erg během pár vteřin," uvedl podle serveru Science Alert astrofyzik Remo Ruffini z Mezinárodního centra pro relativistickou astrofyzikální síť (ICRANet) se sídlem v Itálii.

"Jejich svítivost v gama paprscích je v časovém intervalu události stejně velká jako svítivost všech hvězd pozorovatelného vesmíru! Výboje gama paprsků poháněl podle dosavadních úvah zatím neznámý mechanismus, nějakým způsobem fungující díky hvězdným masám černých děr," dodal Ruffini.

Teorie: Záblesk spouští rotační energie černé díry

V loňském roce přišel spolu se svými kolegy s možným řešením, jež by tento mechanismus vysvětlovalo - s procesem, který nazvali binární hypernovou.

Tento proces začíná úzkou binární soustavou zahrnující uhlíkovo-kyslíkovou hvězdu na konci života a dále neutronovou hvězdu. Když uhlíkovo-kyslíková hvězda zaniká výbuchem supernovy, rozmetá tato exploze většinu nebo veškerou hmotu hvězdy. Takto vyvržený materiál ale může rychle rozptýlit přidružená neutronová hvězda, jež projde kritickým hmotným bodem a zhroutí se do černé díry, jež vyšle záblesk gama paprsků a proudy materiálu z jeho pólů téměř rychlostí světla.

Jako první měla přistát na Venuši. Osud sondy Veněra je ale dodnes záhadou

(Jádro uhlíkovo-kyslíkové hvězdy se zhroutí do druhé neutronové hvězdy a výsledkem je neutronová dvojhvězda, jejíž neviditelnou složkou je černá díra.)

V nové studii, kterou publikoval odborný titul Astronomy & Astrophysics, popsal Ruffini a jeho kolegové mechanismus, který by mohl být spouštěčem takového vysokoenergetického záblesku gama záření: a sice zrychlení částic podél čar magnetického pole, zděděných od mateřské neutronové hvězdy s černou dírou. Toto magnetické pole vytahuje rotační energii z oblasti kolem černé díry.

"Je to motor, jenž pracuje na principu gravitačně-elektrodynamického procesu, odpovídajícího obecné relativitě: rotující černá díra, která se dostává do vzájemné reakce s okolním magnetickým polem, vytváří elektrické pole, a to zrychluje okolní elektrony až na ultravysoké energie vedoucí k vysokoenergetickému záření a k ultravysokoenergetickému kosmickému záření," vysvětluje Ruffini.

Mýlil se Einstein? Nová mapa temné hmoty odhaluje kosmické tajemství

Paprsky o rychlosti světla nejsou v aktivních galaktických jádrech, tedy v supermasivních černých děrách v jádrech galaxií, nijak neobvyklé. Předpokládá se, že je tvoří následující proces: kolem aktivní černé díry krouží obrovský disk materiálu, který do ní padá z vnitřního okraje. Nicméně černá díra jej nespolkne všechen. Astronomové předpokládají, že část materiálu se dostane zrychleně proudícím trychtýřem podél čar magnetického pole kolem vnější strany černé díry k pólům, odkud proudí do vesmíru v podobě rovnoběžných paprsků.

Víme, že černé díry a neutronové hvězdy mohou mít silná magnetická pole a dosavadní indicie naznačují, že mohou fungovat jako synchrotron, tedy konkrétní druh kruhového urychlovače částic. Naznačují také, že synchrotron magnetického pole hraje roli při spuštění záblesku gama záření během vzniku černé díry.

Rekonstrukce sledu událostí

Podobný mechanismus objevil vědecký tým při studiu GRB 190114C a podařilo se mu rekonstruovat sled událostí.

Uhlíkovo-kyslíková hvězda zaniká výbuchem supernovy, zatímco její jádro se hroutí do neutronové hvězdy; část vymrštěného materiálu dopadá zpět na nově vytvořenou neutronovou hvězdu a vytváří rentgenovou záři, kterou v lednu 2019 zaznamenal Swiftův vesmírný dalekohled. 

Unikátní experiment ukázal Jupiter v jiném světle. Odhalil víc, než vědci čekali

Část materiálu dopadá také na přidruženou neutronovou hvězdu, čímž ji tlačí přes hmotnostní limit, aby vytvořila černou díru. Materiál pak dále padá na tuto nově vytvořenou černou díru a vytváří záblesk gama záření. Další materiál dopadající na černou díru vede k tvorbě gama záření v rozsahu gigaelektronvoltů z extrakce rotační energie.

Zatím jde pouze o teorii a ne všichni vědci s ní musí souhlasit: jinou hypotézou, která vznikla loni, je třeba to, že výbuch gama záření vyvolalo kolabující magnetické pole. Zdá se však, že do pozorování GRB 190114C všechny části teorie zapadají velmi dobře.

"Důkaz, že se vysokoenergetické paprsky vyzařované záblesky gama záření a aktivních galaktickch jader dají vysvětlit rotační energií černých děr, je zatím osamocený. Jde ale o výsledek, na který se čekalo po zhruba 50 let existence relativistické astrofyziky," uzavírá Ruffini.