Chandra poprvé „naslouchá“ černé díře

Rentgenová družicová observatoř Chandra poprvé ve své historii detekovala zvukové vlny z černé díry. Tato „nota“ je nejhlubší, jaká kdy byla ve vesmíru zachycena. Odhalení principu obrovských energií, unášených těmito zvukovými vlnami, může vyřešit jeden z dlouhotrvajících astrofyzikálních problémů.

Obr. 1: Vlevo je pohled do jádra kupy galaxií v Perseovi, vpravo pak zvukové vlny čeřící horký mezigalaktický plyn. Oba snímky byly pořízeny observatoří Chandra. [3]

Obr. 2: Ilustrace dutin (Cavities) a zvukových vln (Sound Waves) v horkém plynu obklopujícím supermasivní černou díru (Black Hole). [4]

Obr. 3: Kupa galaxií v Perseovi – každý z mlhavých objektů představuje jednu galaxii. Obrovský horký oblak plynu vyplňující kupu není na snímku viditelný. Poblíž středu snímku se nachází ohromná černá díra. [5]

Inkriminovaná černá díra se nachází asi 250 milionů světelných let daleko, v kupě galaxií souhvězdí Persea. V roce 2002 napozorovali astronomové pracující s družicí Chandra zčeření v prachoplynných mračnech v této galaktické kupě. Tyto zčeření jsou důkazem zvukových vln, které cestovaly stovky tisíc světelných let od černé díry v jádru kupy.

Výška zvuku generovaného černou dírou se dá v hudební terminologii vyjádřit jako nota B. Žádný člověk by ale nemohl naslouchat tomuto vesmírnému koncertu, protože nota B je o 57 oktáv níž než C1. Jen pro srovnání: běžný klavír má jen asi sedm oktáv. Na frekvencích víc než miliardkrát nižších než dokáže zachytit lidské ucho, je toto ten nejhlubší zvuk, jaký kdy byl ve vesmíru zachycen.

Tyto zvukové vlny jsou víc než jen zajímavá forma akustiky černých děr. Tyto zvuky můžou být klíčem k tomu, jak rozlousknout záhadu růstu galaktických kup, největších (pro nás známých) struktur ve vesmíru. Mnoho let se astronomové pokoušeli porozumět tomu, proč je v galaktických kupách tak mnoho horkého plynu a tak málo studeného plynu. Horký plyn zářící v rentgenové části spektra by se měl rychle ochlazovat a hustý plyn v jádru by se měl ochlazovat ještě rychleji. Tlak v tomto chladném jádru by pak měl klesat, způsobujíc to, že plyn ve větších vzdálenostech se cestou formuje do nějaké galaxie a tvoří tak triliony hvězd. Moc důkazů pro tuto teorii toku studeného plynu zatím ale nalezeno nebylo. To donutilo astronomy vytvořit více hypotéz na vysvětlení toho, proč plyn v galaktické kupě zůstal horký. Žádnou z těchto pracovních hypotéz se nepodařilo uspokojivě prokázat.

Ohřev způsobený centrální černou dírou se zdál být dobrým důvodem k zamezení ochládání plynu v kupě. Přestože výtrysky hmoty byly dříve pozorovány i na rádiových vlnách, jejich efekt na plyn v kupě byl nejasný, protože ten se dá pozorovat pouze v rentgenovém záření. Dřívější pozorování pak neměla takovou rozlišovací schopnost, jakou má Chandra.

Předchozí pozorování z Chandry odhalila dvě ohromné dutiny v plynu v kupě unikajícím z centrální černé díry. Výtrysky materiálu tlačící plyn zpět formovaly tyto rentgenové dutiny ve tvaru bublin, které jsou i jasným rádiovým zdrojem. Tyto výtrysky byly dlouho podezřívány z ohřívání plynu okolo, ale mechanizmus ohřevu zůstával neznámý. Zvukové vlny, které se rozšiřují z těchto dutin by mohly poskytnout požadovaný mechanizmus ohřevu.

K vytvoření těchto dutin je potřeba obrovské množství energie, asi tolik jako dá dohromady sto milionů supernov. Spousta této energie je přenášena pomocí zvukových vln a správně by se měla rozptýlit v okolním plynu. Tím by se měl plyn dále ohřívat. Pokud to takto skutečně je, nota B zvukové vlny, která je 57 oktáv pod C1, by zůstala zhruba konstantní po neuvěřitelných 2,5 miliardy let.

Galaktická kupa v Perseovi je jedním z nejjasnějších rentgenových zdrojů, a proto byla žhavým kandidátem na pozorování zvukových vln, čeřících se skrze plyn v kupě. Další galaktické kupy také ukazují rentgenové dutiny a budoucí pozorování s Chandrou tak mohou detekovat zvukové vlny i v těchto objektech.