Průlomový objev v oblasti studia černých děr se nedávno podařil vědcům z Helsinské univerzity. Identifikovali totiž zdroj rentgenového záření, které tato záhadná vesmírná tělesa emitují.
K dosažení výsledků, které byly minulý týden publikovány v časopise Nature Communications, využili autoři práce propracované počítačové simulace, v rámci nichž modelovali vybrané interakce v nejbližším okolí černých děr. Na základě těchto výpočtů pak usoudili, že k vyzařování rentgenových paprsků dochází v důsledku turbulentního proudění při pohybu plazmatu vlivem magnetického pole.
Černé díry jsou pro vědce stále velkou neznámou
Pozorování černých děr je i se současnými technologiemi a znalostmi prakticky nemožné. Tato tělesa totiž při svém vzniku vytvoří natolik koncentrované množství hmoty, že jejich vlastní gravitace zadrží dokonce i samotné světlo. Jedinou naději tak pro vědce představují dvojhvězdné soustavy, u nichž je černá díra doprovázena další hvězdou. Tato kosmická symbióza dospěje dříve či později do stavu, kdy veškerá hvězdná hmota skončí v černé díře. Do té doby lze však pozorovat vliv superhmotného objektu na svého nejbližšího souseda, a to například prostřednictvím tzv. akrečního disku – jasné kruhovité struktury tvořené odsávanou hmotou z hvězdy, která je navíc zdrojem měřitelného rentgenového záření.
Tutkijamme onnistuivat siinä, mitä on yritetty jo 70-luvulta lähtien: selittämään mustien aukkojen synnyttämän röntgensäteilyn. Säteily syntyy magneettikenttien kaoottisten liikkeiden ja turbulentin plasmakaasun yhteisvaikutuksesta. @KumpulaSciencehttps://t.co/8j82ewoVWM
— University of Helsinki (@helsinkiuni) August 21, 2024
Vědci se již celá desetiletí snaží simulovat procesy probíhající ve dvojhvězdných systémech, a dopátrat se tak původu detekovaného záření. Až donedávna přitom vycházeli z předpokladu, že k jeho emisím dochází v důsledku interakce ionizovaného plynu přítomného v blízkosti černé díry s magnetickým polem vesmírného tělesa. Vytvořit simulaci, která by tyto úvahy potvrdila, se však povedlo až nyní. Model vytvořený finskými vědci pak ukázal, že turbulence v okolí černých děr je tak silná, že ovlivňuje dynamiku plazmatu až na úroveň kvant.
Rentgenové záření vzniká srážkou částic s antičásticemi
Klíčem k tvorbě radioaktivního záření je unikátní prostředí vytvářené právě černými dírami. Jde totiž o jedno z mála míst, kde vedle sebe díky vysokým energetickým hladinám existují elektrony i pozitrony, které jsou samy sobě vzájemnými antičásticemi. Když pak dojde – například prostřednictvím již zmíněného turbulentního víření – k jejich srážce, uvolní se část energie ve formě rentgenového záření, které dokáže v měřítku objemu plazmatu vygenerovat dostatečné množství kvantifikovatelné radioaktivity. Důležitou roli v celém procesu pak kromě elektronů a pozitronů hrají i fotony, které pochází z původní hvězdy, a které pomáhají tvorbě výsledného záření.
Černé díry zůstávají i nadále jedním z nejtajemnějších objektů hvězdné oblohy. Díky nové studii jsme však zase o krok blíže k jejich pochopení. Foto: Unsplash
Zmíněná studie pak také prokázala, že turbulentní plazma tvořící akreční disky může existovat ve dvou podobách – buď je chladné a čiré, nebo horké a zakalené. Rentgenová měření okolí černých děr pak poukazují na rovnováhu mezi tímto měkkým a tvrdým stavem. Simulace tak vědce posunula blíže k pochopení těchto komplexních kosmických systémů, které mohou na jednu stranu představovat potenciální hrozbu pro celou naši sluneční soustavu, na druhou stranu však mohou být jejich jedinečné vlastnosti klíčem k prakticky nekonečnému zdroji energie.
Zdrojem rentgenového záření jsou jety vyvolané MHD efektem akrečního disku.