Čierne diery sú poriadne „neporiadni jedáci“. Časť hmoty, ktorú priťahujú, vyhodia späť do vesmíru
Astronómovia sledovali čiernu dieru Swift J1727.8−1613 a zistili, že časť materiálu nepohltí, ale cez silné vetry vyhodí späť do vesmíru.
Čierne diery si väčšina ľudí spája s objektmi, ktoré všetko vo svojom okolí jednoducho pohltia. Nové pozorovania však ukazujú, že ich správanie môže byť oveľa zložitejšie. Astronómovia sledovali čiernu dieru počas obrovského výbuchu a zistili, že časť materiálu, ktorý k nej smeroval, napokon vyhodila späť do vesmíru.
Výskumníci z University of Warwick spolu s kolegami pozorovali systém Swift J1727.8−1613 počas jeho výraznej aktivity v roku 2023. Pomocou ďalekohľadu Very Large Telescope (VLT) Európskeho južného observatória sledovali, čo sa dialo s materiálom v okolí čiernej diery počas jednotlivých fáz výbuchu. Výsledky prinášajú zaujímavý pohľad na to, ako čierne diery prijímajú hmotu. Ukazuje sa totiž, že nejde len o jednoduchý proces, pri ktorom všetko skončí za horizontom udalostí.
Čierna diera dostáva materiál od susednej hviezdy
Swift J1727.8−1613 patrí medzi dvojhviezdne systémy. Nachádza sa v ňom čierna diera a hviezda, ktorá jej poskytuje materiál. Čierna diera však hviezdu nemusí celú pohltiť. Jej gravitácia dokáže z povrchu susednej hviezdy strhávať plyn. Ten potom smeruje k čiernej diere a vytvára okolo nej takzvaný akrečný disk.
Ide o obrovské množstvo plynu, ktoré sa pohybuje okolo čiernej diery. Materiál v disku sa vplyvom trenia a ďalších procesov extrémne zahreje. Práve preto môže takýto systém vyžiariť obrovské množstvo energie a stať sa veľmi jasným v röntgenovej oblasti spektra.
Astronómovia Swift J1727.8−1613 objavili v roku 2023, keď systém náhle výrazne zosilnel. Z objektu sa v krátkom čase stal jeden z najjasnejších zdrojov röntgenového žiarenia na oblohe. Vedci tak dostali vzácnu príležitosť sledovať jeho správanie počas celej udalosti.
Neprehliadni
Jedným z najzaujímavejších zistení bolo, že čierna diera nezožrala všetok materiál, ktorý k nej smeroval. Časť plynu totiž opustila systém v podobe silných výtryskov a vetrov. Výtrysky, ktoré astronómovia označujú ako jety, môžu urýchliť častice na obrovské rýchlosti a dopraviť ich ďaleko od čiernej diery. Okrem nich systém vytvára aj rozsiahle prúdy plynu, ktoré odnášajú materiál do okolitého priestoru.
„Ľudia si často predstavujú čierne diery ako objekty, ktoré jednoducho pohltia všetko vo svojom okolí. To, čo pozorujeme, je však oveľa zložitejší proces. Hmota padá dovnútra, systém ju spracuje a prekvapivé množstvo z nej opäť vyvrhne,“ vysvetlil hlavný autor štúdie Noel Castro Segura z University of Warwick.
Vedci pritom nesledovali iba jeden okamih. Vďaka sérii pozorovaní získali záznam toho, ako sa systém postupne menil. To je dôležité, pretože čierna diera sa počas výbuchu nespráva stále rovnako. Mení sa množstvo materiálu v akrečnom disku, jeho teplota aj spôsob, akým systém uvoľňuje energiu a hmotu.
Výskumníci tak mohli sledovať celý proces podobne, ako keby namiesto jednej fotografie dostali sériu záberov zachytávajúcich jednotlivé fázy udalosti.
Najväčšie prekvapenie prišlo po útlme
Ešte zaujímavejšie výsledky priniesla fáza, keď hlavná aktivita systému začala slabnúť. Keď sa röntgenová aktivita Swift J1727.8−1613 znížila približne na stotinu maxima, astronómovia stále zaznamenali hustý plyn, ktorý zo systému unikal. Čierna diera teda pokračovala vo vyhadzovaní materiálu aj v čase, keď už bola jej aktivita výrazne nižšia.
Toto zistenie môže meniť predstavu o tom, ako efektívne čierne diery spotrebujú materiál, ktorý k nim prúdi. Časť hmoty totiž môže systém opustiť skôr, než sa dostane až k čiernej diere. Podľa vedcov môže množstvo vyvrhnutého materiálu dokonca dosiahnuť podobnú úroveň ako množstvo hmoty, ktoré čierna diera napokon skutočne pohltí.
„Ak čierne diery dokážu vyhadzovať materiál aj po skončení svojich najväčších výbuchov, môže to znamenať, že sú oveľa menej efektívnymi konzumentmi, než sme si doteraz mysleli,“ uviedol Noel Castro Segura: „Významná časť ich ‚jedla‘ sa k čiernej diere vôbec nemusí dostať, čo môže meniť náš pohľad na vývoj dvojhviezd v galaxiách.“
Výskum zároveň ukazuje, prečo nestačí pozerať sa na čierne diery iba ako na objekty, ktoré pohlcujú hmotu.
Keď plyn smeruje do akrečného disku, čierna diera získava materiál, no zároveň môže časť z neho prostredníctvom vetrov a výtryskov poslať späť do okolitého vesmíru. Takéto prúdy môžu ovplyvniť prostredie v okolí čiernej diery a zároveň preniesť materiál a energiu do väčších vzdialeností. Pre astronómov je preto dôležité sledovať celý cyklus, nielen okamih, keď systém dosiahne maximum aktivity.
„Zvyčajne nás pri výbuchu čiernej diery zaujmú najmä dramatické udalosti na začiatku. Naše pozorovania však ukazujú, že rovnako zaujímavý môže byť aj záver,“ povedal doktorand Kyle Solomons z University of Cape Town.
Podľa neho systém dokázal vyprodukovať obrovské množstvo vyvrhnutého plynu aj v čase, keď jeho röntgenové žiarenie kleslo na zlomok pôvodnej hodnoty.
Swift J1727.8−1613 tak astronómom poskytol pomerne vzácnu možnosť sledovať jednotlivé fázy jedného výbuchu. Pozorovania ukázali, ako sa menil akrečný disk, ako čierna diera prijímala materiál a ako časť z neho zároveň opúšťala sústavu.
Takéto údaje môžu pomôcť lepšie pochopiť správanie dvojhviezd s čiernymi dierami a spôsob, akým tieto objekty premiešavajú hmotu so svojím okolím. Čierna diera teda nemusí fungovať ako jednoduchá kozmická „jama“, do ktorej všetko zmizne. Materiál, ktorý sa k nej dostane, môže prejsť oveľa zložitejším procesom, než naznačuje samotná predstava pohlcovania.
