Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 39 – vyšlo 19. září, ročník 6 (2008) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

39/2008

Majú čierne diery hornú hranicu svojej hmotnosti?

Vladimír Scholtz

Černá díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. Galaxie – kompaktní seskupení hvězd, hvězdných asociací, otevřených a kulových hvězdokup, mezihvězdné látky a temné hmoty. Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, aktivní, rádiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je udávána v miliardách až stovkách miliard hmotností Slunce. Galaxie jsou obvykle součástmi vyšších celků, jako jsou kupy, nadkupy, vlákna a stěny. V centrech většiny galaxií se nacházejí obří černé díry. SDSS – Sloan Digital Sky Survey, ambiciózní projekt přehlídky oblohy podporovaný nadací Alfreda Pritcharda Sloana, která byla založena v roce 1934. Alfred P. Sloan (1875-1976) byl americký obchodník a výkonný ředitel společnosti General Motors po více než dvacet let. Sloanova nadace podporuje také vědu a školství. Projekt katalogizuje všechny galaxie s mezní jasností do 23. magnitudy na čtvrtině severní oblohy. Přehlídka zahrnuje asi 500 miliónů galaxií a ještě více hvězd. U každé galaxie je určena pozice, jasnost a barva. Pro asi milión galaxií a 100 000 kvazarů budou pořízena spektra. Stanice SDSS je postavena v Novém Mexiku v Sacramento Mountains na observatoři Apache Point. Hlavním přístrojem projektu SDSS je dalekohled o průměru primárního zrcadla 2,5 m.

Prvý náznak niečoho podobného čiernej diereČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. sa datuje do roku 1783, keď Angličan John Michell na základe Newtonovej teórie gravitácie určil podmienku pre teleso, z povrchu ktorého by bola úniková rýchlosť rovná rýchlosti svetla a bolo by preto neviditeľné. Prelom nastal až v roku 1916, keď Karl Schwarzschild, na základe Einsteinovej všeobecnej teórie relativityObecná relativita – teorie gravitace publikovaná Albertem Einsteinem v roce 1915. Její základní myšlenkou je tvrzení, že každé těleso svou přítomností zakřivuje prostor a čas ve svém okolí. Ostatní tělesa se v tomto pokřiveném světě pohybují po nejrovnějších možných drahách, tzv. geodetikách., teoreticky odvodil viac menej súčasnú podobu čiernej diery. V 20. rokoch potom Subrahmanyan Chandrasekhar vypracoval scenár vzniku čiernej diery zrútením sa hmotnej hviezdy, čím sa rozpútali roky búrlivých diskusií o možnosti či nemožnosti ich existencie. Tie vzhľadom k svojej záhadnosti a nedostupnosti často fascinovali verejnosť a boli podnetom pre rôzne nevedecké diskusie a špekulácie. Kvalitatívne nové ponímanie čiernych dier zaviedol v roku 1971 britský fyzik Stephen Hawking, keď pre čierne diery zaviedol termodynamický pojem entrópie a následne v roku 1975 odvodil aplikáciou kvantovej teórie poľa nutnosť žiarenia čiernych dier. Dnes sú už čierne diery, kedysi tak vzácne a exotické objekty, považované za bežnú súčasť vesmíru, kde „požierajú“ všetku okolitú hmotu a žiarenie, ktoré má tú smolu a dostane sa k čiernej diere príliš blízko, pod tzv. Schwarzschildovu medzu. Ultra masívne čierne diery sa nachádzajú v centrách obrích eliptických galaxiíGalaxie – kompaktní seskupení hvězd, hvězdných asociací, otevřených a kulových hvězdokup, mezihvězdné látky a temné hmoty. Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, aktivní, rádiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je udávána v miliardách až stovkách miliard hmotností Slunce. Galaxie jsou obvykle součástmi vyšších celků, jako jsou kupy, nadkupy, vlákna a stěny. V centrech většiny galaxií se nacházejí obří černé díry. v galaktických kopáchKupy galaxií – největší gravitačně vázané objekty ve vesmíru tvořené třemi hlavními složkami:
 – stovkami galaxií obsahujícími hvězdy, plyn a prach,
 – obrovskými mraky horkých plynů,
 – temnou hmotou zatím neznámé povahy.
Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, radiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je miliardy až stovky miliard Sluncí. a sú najväčšie vo vesmíre ich hmotnosť dosahuje až 1 miliardu hmotností SlnkaSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium.. Dokonca aj veľká čierna diera v strede našej Mliečnej dráhy je tisíc krát menšia než tieto obrovské monštrá.

Obrázok obrej galaxie, v jej strede sa môže nachádzať ultramasívna čierna diera.
Zdroj [2].

Ako horúca novinka bola v auguste tohto roku publikovaná práca autorov Priyamvada Natarajan z Yalskej univerzity a Ezequiel Treister z Európskeho južného observatóriaESO – European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere, zkráceně European Southern Observatory, Evropská jižní observatoř. Organizace byla založena v roce 1962. Postavila řadu dalekohledů v Chile. Jde o lokality La Silla (2 400 m), kde je dalekohled NTT, dále Cerro Paranal (2 635 m) s čtveřicí dalekohledů VLT a planinu Llano Chajnantor (5 080 m), kde se nachází radioteleskopická síť ALMA. V současnosti je v Chile budován Extra velký dalekohled ELT, který bude zprovozněn v roce 2014 a celooblohová Observatoř Very Rubinové, která bude v rutinním provozu od roku 2023. v Chile správa o hornom limite pre hmotnosť supermasívnych čiernych dier. Tieto stále sa zväčšujúce gravitačné monštrá nemôžu rásť donekonečna. Ich rast sa zastaví, keď dosiahnu hmotnosť asi 10 miliárd hmotností Slnka. Ich štúdia ukazuje, že existuje limit pre ich hornú hranicu hmotnosti. Natarajan použitím dát z optických a röntgenových ďalekohľadov programu SDSSSDSS – Sloan Digital Sky Survey, ambiciózní projekt přehlídky oblohy podporovaný nadací Alfreda Pritcharda Sloana, která byla založena v roce 1934. Alfred P. Sloan (1875-1976) byl americký obchodník a výkonný ředitel společnosti General Motors po více než dvacet let. Sloanova nadace podporuje také vědu a školství. Projekt katalogizuje všechny galaxie s mezní jasností do 23. magnitudy na čtvrtině severní oblohy. Přehlídka zahrnuje asi 500 miliónů galaxií a ještě více hvězd. U každé galaxie je určena pozice, jasnost a barva. Pro asi milión galaxií a 100 000 kvazarů budou pořízena spektra. Stanice SDSS je postavena v Novém Mexiku v Sacramento Mountains na observatoři Apache Point. Hlavním přístrojem projektu SDSS je dalekohled o průměru primárního zrcadla 2,5 m. ukázala, že tieto čierne diery museli v nejakom bode svojej evolúcie svoj rast zastaviť. Pokiaľ predpokladáme, že v prípade masívnych čiernych dier v centrách obrích galaxií je formovanie hviezd a napájanie čiernych dier hmotou vo vzájomnom vzťahu, je pravdepodobné, že existuje samolimitujúci rastový cyklus čiernych dier, z ktorého musí vyplývať aj horná hranice pre ich hmotnosť.

Graf ukazuje závislosť priestorovej hustoty výskytu čiernych dier na jednotku hmotnosti (jednotka kubický MegaparsekParsek – pc, paralaktická sekunda, astronomická jednotka vzdálenosti. Jde o vzdálenost, ze které je vidět střední vzdálenost Země-Slunce (jedna astronomická jednotka) pod úhlem jedné obloukové vteřiny. Měří se kolmo k zornému paprsku. Číselně je 1 pc = 30×10¹² km, což je zhruba 3,26 světelného roku. Často používanými násobky jsou kiloparsek (kpc) a megaparsek (Mpc).) ako funkciu ich hmotnosti získanú z výsledkov programu SDSSSDSS – Sloan Digital Sky Survey, ambiciózní projekt přehlídky oblohy podporovaný nadací Alfreda Pritcharda Sloana, která byla založena v roce 1934. Alfred P. Sloan (1875-1976) byl americký obchodník a výkonný ředitel společnosti General Motors po více než dvacet let. Sloanova nadace podporuje také vědu a školství. Projekt katalogizuje všechny galaxie s mezní jasností do 23. magnitudy na čtvrtině severní oblohy. Přehlídka zahrnuje asi 500 miliónů galaxií a ještě více hvězd. U každé galaxie je určena pozice, jasnost a barva. Pro asi milión galaxií a 100 000 kvazarů budou pořízena spektra. Stanice SDSS je postavena v Novém Mexiku v Sacramento Mountains na observatoři Apache Point. Hlavním přístrojem projektu SDSS je dalekohled o průměru primárního zrcadla 2,5 m.. Pre hmotnosť čiernych dier 10⁹ až 10¹⁰ hmotností Slnka (M_S) je vidieť prudký pokles ich počtu. Zdroj [1].

Možné vysvetlenia, ktoré Natarajan vo svojej práci [1] ponúka, sa zakladajú na obmedzení prílivu hmoty do čiernej diery spôsobené silou hybnosti vetra, jeho radiačným tlakom alebo hybnosťou energetického vetra čiernej diery. Predpokladáme, že čierne diery dospeli do štádia, keď vyžarujú toľko energie koľko skonzumuje ich okolie, čím sa preruší dodávanie plynnej zložky, ktorá ich vyživuje. Následkom toho môže byť aj ukončenie tvorby hviezd v ich okolí [2].

Tieto zistenia majú dopad na budúce výskumy vzniku a formovania galaxií a to od doby, keď mnoho najväčších galaxií vo vesmíre začalo spoločné putovanie s čiernou dierou vo svojom strede. A na záver slová Natarajan: „Zatiaľ sme zhromažďovali dôkazy o kľúčovej úlohe čiernych dier v procese formovania galaxií, ale teraz sa ukazuje, že v tejto kozmickej opere hrajú úlohu prvej dámy.“

Klip týdne: Černá díra v jádru galaxií

Černá díra v jádru galaxií. Umělecká vize cesty do jádra galaxie. Nejprve proletíte kolem hvězd ve vnějších oblastech galaxie a vydáte se k jejímu centru, kde sídlí velmi hmotná černá díra. Černá díra je obklopena horkým plynem, který je zobrazen červenou a žlutou barvou. Plyn se zahřívá vnitřním třením při postupném pádu do černé díry a slouží jako zdroj energie pro centrální galaktický motor. Uvolňovaná energie uniká z černé díry v podobě dvou výtrysků urychlených částic a záření. Pokud se pozorovatel dívá přesně v rovině akrečního disku, můře vidět oba výtrysky, pokud výhled nezastíní tlustý akreční disk. Pokud je osa výtrysků skloněná, bude díky relativistickým jevům intenzita vzdalujícího se výtrysku silně potlačena. To, co pozorovatel uvidí tak silně závisí na úhlu pohledu. Zdá se, že celá rodina galaxií s aktivními jádry (linery, blasary, kvasary, Seifertovy galaxie) jsou jediným druhem objektu nazíraným pod různými pozorovacími úhly. Zdroj:  (mpg, 5 MB)

Odkazy