černá díra
Ilustrační foto. Zdroj: Pixabay

Polarizované rentgenové paprsky odhalují tvar a orientaci hmoty kolem černé díry

10 min čtení

Nová vědecká pozorování černé díry hvězdné hmotnosti v souhvězdí Labutě odhalují nové detaily o uspořádání extrémně horké hmoty v bezprostředním okolí této černé díry, zvané Cygnus X-1. Na tom se podílejí také čeští astronomové z Astronomického ústavu AV ČR.


Při padání do černé díry se hmota zahřívá na miliony stupňů. Tento horký plyn vyzařuje rentgenové záření. Vědci používají měření polarizace těchto rentgenových paprsků, aby otestovali a zlepšili stávající modely, které popisují, jak černé díry polykají hmotu a jak se z nich stávají jedny z nejsvítivějších zdrojů rentgenového záření ve vesmíru.

Nová měření Cygnus X-1, publikovaná ve čtvrtek 3. listopadu online v časopise Science, představují vůbec první taková pozorování černé díry vtahující hmotu. Byla pořízena sondou Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), mezinárodní misí NASA a italské kosmické agentury (ASI). Systém Cygnus X-1 je jedním z nejjasnějších rentgenových zdrojů v naší Galaxii. Tvoří jej černá díra o hmotnosti 21krát větší, než je hmotnost Slunce, v oběhu s doprovodnou hvězdou o hmotnosti 41 násobku hmoty Slunce.

„Předchozí rentgenová pozorování černých děr měřila pouze energii, směr a čas příletu rentgenových paprsků z horkého plazmatu stáčejícího se do černé díry,“ říká hlavní autor studie Henric Krawczynski, profesor fyziky na Washingtonově univerzitě v St. Louis a člen univerzitního centra McDonnell pro kosmické vědy. „IXPE měří také jejich lineární polarizaci, která nese informaci o tom, jak byly rentgenové paprsky vyzářeny a zdali a kde se odrazily od látky v blízkosti černé díry.“


Žádné světlo, ani to rentgenové, neunikne zpod tzv. horizontu událostí černé díry. Rentgenová emise detekovaná IXPE je vyzařována horkou látkou neboli plazmatem, v oblasti o průměru dvou tisíc kilometrů kolem šedesátikilometrového horizontu událostí černé díry.

Čtěte také:  Vědci bezdrátově přenesli 1,6 kW energie na vzdálenost jednoho kilometru

Zkombinování dat z IXPE se souběžnými rentgenovými pozorováními ze sond NICER a NuSTAR americké NASA v květnu a červnu 2022 umožnilo autorům určit uspořádání, tedy tvar a polohu plazmatu kolem černé díry v Cygnus X-1.

Vědci zjistili, že plazma se rozpíná kolmo na oboustranný úzký plazmový výtrysk, tzv. jet, již dříve mnohokrát zobrazený v rádiovém oboru. Souhlasné uspořádání směru polarizace rentgenového záření se směrem jetu silně podporuje hypotézu, že procesy v rentgenově jasné oblasti blízko černé díry hrají podstatnou roli při spouštění těchto výtrysků.

Pozorování se shodují s modely, které předpovídají, že tzv. koróna horkého plazmatu buď nahrazuje vnitřní část disku hmoty vinoucí se směrem k černé díře, nebo tento disk obklopuje jako sendvič. Nová polarizační data vylučují modely, kde je koróna černé díry úzkým sloupcem či kuželem plazmatu orientovaným podélně s osou jetu.

Vědci poznamenávají, že lepší porozumění struktuře plazmatu kolem černé díry může odhalit hodně o tom, jakým způsobem černé díry k sobě přitahují hmotu. „Tyto nové pohledy umožní vylepšené rentgenové studie, jak gravitace zakřivuje prostor a čas v okolí černých děr,“ řekl Krawczynski.

Vztaženo specificky na černou díru Cygnus X-1: „Pozorování IXPE odhalují, že tok hmoty navíjející se na černou díru je viděn více zboku, než se dříve myslelo,“ vysvětluje spoluautor studie Michal Dovčiak z Astronomického ústavu Akademie věd České republiky. „To by mohla být známka nesouladu mezi orientací rotace černé díry a celého binárního systému,“ vyjasňuje spoluautorka studie Alexandra Veledina z univerzity v Turku. „Této rozdílné orientace mohl systém nabýt, když hvězdný předchůdce nynější černé díry explodoval.“

temná hmota
Umělcova představa systému Cygnus X-1. Zdroj: John Paice

„Mise IXPE používá rentgenová zrcadla vyrobená v Marshall Space Flight Center v NASA a techniku ohniskové roviny poskytnutou ASI ve spolupráci s Národním institutem pro astrofyziku (INAF) a Národním institutem pro jadernou fyziku (IAPS),“ říká spoluautor studie Fabio Muleri z INAF-IAPS. „Kromě Cygnus X-1 používáme IXPE ke studiu široké škály extrémních rentgenových zdrojů, včetně neutronových hvězd pohlcujících okolní hmotu, pulzarů a mlhovin napájených hvězdnými větry z pulzarů, zbytků supernov, našeho galaktického centra i aktivních galaktických jader. Našli jsme již mnohá překvapení a máme tak o zábavu postaráno.“

Druhý článek ve stejném vydání Science byl vedený Robertem Tavernou z Univerzity v Padově a popisuje detekci vysoce polarizovaného rentgenového záření z magnetaru 4U 0142+61.

„Jsme nadšení, že můžeme být součástí této nové vlny vědeckých objevů v astrofyzice,“ řekl Krawczynski.

Český tým vede RNDr. Michal Dovčiak, Ph.D., který v rámci mise IXPE působí jako vedoucí vědecké skupiny černých děr hvězdných hmotností a je třetím autorem článku o Cygnus X-1. Dalšími členy autorského týmu z Astronomického ústavu AV ČR jsou RNDr. Jiří Svoboda, Ph.D., RNDr. Jakub Podgorný a profesor Vladimír Karas, DrSc.

Příspěvek českého týmu k objevu:

  • vytváření unikátních modelů pro rentgenová polarimetrická data
  • analýza a interpretace naměřených spektrálních a polarizačních dat
  • plánování pozorování s družicemi IXPE, NICER a NuSTAR
  • simulace pozorování pro odhad délky expozičního času při jeho přípravě



Napsat komentář

Your email address will not be published.

Předchozí článek

Seznam.cz zavede povinné ověření totožnosti diskutujících

Další článek

Dopřejte svým zaměstnancům kvalitní pracovní oděvy od renomovaných značek

Další čtení

YouTube zavádí popisovače

YouTube spustí v nadcházejících týdnech popisovače, které mají uživatelům zjednodušit vyhledávání a navazování spojení s ostatními.