Astronomové odhalili superhmotnou černou díru ukrytou v prachovém prstenci

V srdci některých galaxií se nacházejí tzv. aktivní jádra, která jsou mimořádně vydatnými zdroji energie. Produkci této energie pohání superhmotná černá díra přitahující obrovské množství prachu a plynu. Předtím než je hmota pohlcena, sestupuje po spirále směrem do černé díry. Přitom uvolňuje značné množství energie a často tak přezáří všechny hvězdy mateřské galaxie.

Od 50. let 20. století, kdy byly tyto jasně zářící objekty objeveny, představují aktivní jádra galaxií pro astronomy výzvu. Nyní se týmu vědců pod vedením Violety Gámez Rosas z nizozemské Univerzity v Leidenu podařilo díky interferometru VLTI dosáhnout klíčového pokroku, který umožní pochopit, jak tyto objekty fungují a jak vypadají zblízka.

Při detailním pozorování centra galaxie M77 členové týmu detekovali hustý prstenec prachu a plynu, který černou díru zcela zakrývá. Objev poskytl důkazy ukazující na správnost 30 let staré teorie, která je známá jako standardní model aktivních galaktických jader.

Aktivní galaktická jádra

Astronomové rozlišují tři různé typy aktivních galaktických jader. Některá vysílají pulsy rádiového záření, jiná jasně září ve viditelném světle anebo jsou naopak našemu pohledu skryta, podobně jako to v centru galaxie M77. Standardní model však předpokládá, že přes tyto vnější rozdíly mají všechna aktivní galaktická jádra stejnou strukturu: jedná se o superhmotnou černou díru obklopenou hustým prstencem prachu.

Podle tohoto modelu vznikají veškeré rozdíly ve vzhledu aktivních jader galaxií díky různé orientaci, ve které ze Země pozorujeme černou díru a její prstenec. Typ jádra, který vidíme, závisí na tom, jak výrazně z našeho úhlu pohledu prstenec zakrývá černou díru, přičemž v některých případech ji může zcela zahalit. 

Standardní model platí

Astronomové již v minulosti nalezli řadu indicií podporujících tento standardní model včetně objevu teplého prachu v centru galaxie M77. Stále však panovaly pochyby, zda takový oblak může zcela zahalit černou díru a vysvětlit tím, proč toto aktivní jádro září ve viditelném světle méně než jiná. 

Pozorování byla provedena pomocí zařízení MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment) pro interferometr VLTI pracující na Observatoři Paranal v chilské poušti Atacama. Přístroj MATISSE technikou interferometrie zkombinoval infračervené paprsky sesbírané všemi čtyřmi dalekohledy VLT (Very Large Telescope) se zrcadly o průměru 8,2 m. Členové týmu ho využili k detailnímu průzkumu centra galaxie M77, která se nachází 47 milionů světelných let od nás v souhvězdí Velryby.

Vlevo pohled na aktivní galaxii M77, snímek byl pořízen Kamerou FORS2 a dalekohledem VLT. Vpravo detail okolí aktivního jádra této galaxie, jak jej zachytil přístroj MATISSE (foto: ESO, Jaffe, Gámez-Rosas, CC BY-SA 4.0)

Kombinace pozorovaných změn teploty prachu (v rozmezí od pokojové teploty až do 1 200 °C) způsobených intenzivním zářením přicházejícím z okolí černé díry s mapami absorpce členům týmu umožnila rekonstruovat detailní pohled na oblak prachu a určit, kde se musí nacházet černá díra. Uspořádání, kde prach tvoří hustý vnitřní disk a rozsáhlejší vnější disk okolo černé díry ležící uprostřed, podporuje standardní model.

„Výsledky naší práce by měly přinést lepší pochopení vnitřních procesů probíhajících v aktivních galaktických jádrech," okomentovala objev Violeta Gámez Rosas. „Také by mohly pomoci lépe porozumět vývoji naší Galaxie, protože ta má také ve svém středu superhmotnou černou díru, která mohla být v minulosti aktivní.“ 

TIP: Kvazar s hmotností 8,6 miliard Sluncí odpálil gigantický výtrysk

Vědci nyní očekávají, že budou moci použít interferometr VLTI k nalezení dalších důkazů správnosti standardního modelu aktivních galaktických jader u většího množství galaxií. Do pátrání se zapojí i budovaný extrémně velký dalekohled ELT (Extremely Large Telescope), který by měl zahájit vědecká pozorování ve druhé polovině tohoto desetiletí. Vědci věří, že přinese informace, které doplní výsledky této práce a umožní vědcům zkoumat interakci mezi galaxiemi a jejich aktivními jádry.