Titulní obrázek dnešního článku znáte asi všichni. Mediálním světem vloni v dubnu rezonovala historicky první fotografie černé díry. Náš web se tomuto tématu nevěnoval z logického důvodu – ono historické pozorování provedla soustava pozemských radioteleskopů Event Horizon Telescope (EHT). Jelikož se náš web věnuje kosmonautice, nejednalo se o téma z našeho tématického okruhu. Nyní se však díváte na článek, který se této mediálně známé černé díře věnuje. Řeč ale nebude o slavné fotografii, to bychom přišli hodně pozdě s křížkem po funusu. Ano, hádáte správně, černá díra v galaxii M87 se dočkala dalšího objevu a tentokrát jej má na svém kontě kosmická observatoř.
Astronomové použili kosmický teleskop Chandra, který opakovaně zaměřili právě na supermasivní černou díru v M87. Spatřili velmi zajímavé divadlo, při kterém černá díra urychlovala částice na rychlost větší než 99 % rychlosti světla. Černá díra v galaxii Messier 87 (zkráceně M87) má hmotnost 6,5 miliard Sluncí a našli bychom ji v souhvězdí Panny zhruba 55 milionů světelných let od Země. Tato černá díra dostala označení M87* a nyní má již havajské jméno Powehi.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Už dlouhé roky astronomové sledovali záření z výtrysků vysokoenergetických částic, které urychlila černá díra. Vědci studovali tyto výtrysky ve všech částech elektromagnetického spektra – od radiových vln přes viditelné světlo až k rentgenovému záření. Nyní díky pozorováním kosmickou observatoří Chandra mohli výzkumníci spatřit části výtrysku, které se pohybují téměř rychlostí světla.
„Je to vůbec poprvé, kdy se podařilo zaznamenat tak extrémní rychlost pomocí rentgenových dat,“ popisuje Ralph Kraft z Center of Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) v Cambridge, který představil objev na zasedání Americké astronomické společnosti v Honolulu a dodal: „Pro tato měření potřebujeme ostrý rentgenový zrak teleskopu Chandra.“ Když se hmota dostane dost blízko k černé díře, vstoupí do rotujícího útvaru, který se označuje jako akreční disk. Část materiálu z vnitřních částí akrečního disku skončí v černé díře, ale část z něj může být naopak vyvržena pryč ve formě přímého svazku – výtrysku – materiálu, který se šíří podél siločar magnetického pole. Jelikož jsou procesy pádu hmoty do černé díry nepravidelné, mají výtrysky podobu jakýchsi izolovaných svazků, které mohou být sledovány různými teleskopy.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Pro aktuální objev použili vědci pozorování z let 2012 a 2017, aby sledovali pohyb dvou rentgenových uzlů obsažených ve výtrysku vzdálených zhruba 900 a 2500 světelných let od černé díry. Rentgenová data byla zprvu matoucí – svazek blíže k černé díře se měl podle údajů pohybovat 6,3× rychleji než je rychlost světla a druhý pak měl být 2,4× rychlejší než světlo. „Jedním z neprolomitelných fyzikálních zákonů je, že se nic nemůže pohybovat rychleji než světlo,“ sděluje známou pravdu Brad Snios, spoluautor studie také ze CfA a dodává: „Neprolomili jsme zákony fyziky. Pouze jsme objevili příklad úžasného fenoménu, kterému se říká nadsvětlená rychlost (superluminal motion)“.
Nadsvětelnou rychlost zde pozorujeme proto, že se objekt pohybuje rychlostí velmi blízkou rychlosti světla ve směru, který je blízký úhlu našeho pohledu. Výtrysk cestuje prostorem skoro tak rychle, jak je světlo vyzařováno, což vytváří iluzi, že pohyb výtrysku je mnohem prudší, než je rychlost světla. V případě M87* míří výtrysk téměř naším směrem, což vysvětluje na první pohled nelogické údaje o změřené rychlosti.
Zdroj: http://en.wikipedia.org/
Astronomové už dříve pozorovali takový pohyb u M87* v radiových vlnách a viditelné části spektra, ale tato pozorování nebyla schopna definitivně potvrdit, že se hmota výtrysků pohybuje rychlostí velmi blízkou rychlosti světla. Nebylo jisté, zda pohybující se struktury nejsou jen rázovou vlnou, tedy jakousi obdobou sonického třesku u nadzvukového letadla.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Nejnovější výsledky ukazují, že rentgenové paprsky se umí chovat jako přesné měřidlo kosmických rychlostí. Tým vědců pozoroval útvar pohybující se již výše vysvětlenou zdánlivou rychlostí 6,3 násobku rychlosti světla mezi roky 2012 a 2017 ztratil 70 % jasu. Tento útlum byl pravděpodobně způsoben tím, jak částice ztrácely energii vyzařováním, které bylo vynuceno jejich spirálovým pohybem kolem siločar magnetického pole. Aby bylo něco takového možné, musíte v obou případech sledovat rentgenové paprsky z té samé částice a nikoliv pohybující se vlnu.
„Naše pozorování dává zatím nejsilnější důkaz o tom, že částice ve výtrysku z M87* skutečně cestují rychlostí blízkou absolutnímu kosmickému limitu,“ doplňuje Snios. Aby toho nebylo málo, tak pozorování z kosmické observatoře Chandra jsou skvělým doplňkem údajů z již zmíněného pozorování pole radioteleskopů EHT. Velikost prstence kolem černé díry, který spatřil EHT a jehož fotka pak oběhla internet, je zhruba stomilionkrát menší, než výtrysk pozorovaný teleskopem Chandra.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
A je tu ještě jeden rozdíl – EHT pozoroval M87* během šesti dní v dubnu 2017, čímž vytvořil aktuální snímek černé díry. Teleskop Chandra pozoroval vyvržený materiál, který byl na svou mimořádnou cestu vypuzen z černé díry před stovkami, možná tisícovkami let. „Řekl bych, že EHT nám poskytl detailní pohled na raketomet,“ dává neobvyklé přirovnání Paul Nulsen, další spoluautor studie, aby vzápětí vše vysvětlil: „No a teleskop Chandra nám zase ukázal, jak ta vypálená raketa letí.“
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/…/commons/4/4f/Black_hole_-_Messier_87_crop_max_res.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/M87_jet.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/PIA23122-M87-SMBH-SpitzerST-Closeup-20190424.jpg
http://en.wikipedia.org/wiki/Chandra_X-ray_Observatory
https://upload.wikimedia.org/…/Chandra_X-ray_space_observatory_Obs_assemb2_300.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/m87_0.jpg
Po přečtení se mi z toho úplně točí hlava. Nádhera. A teď do postele nějakou kvalitní … knihu. Třeba znovu Lioua nebo Hamiltona.
Díky za článek.
Myslím, že není nutné striktně dodržovat hranice mezi Kosmonautikou a astronomií. Já například stále sleduji hledání deváté planety – prostě proto, že to bude obrovská výzva, až bude objevená, s čímkoli tam doletět. A nakonec i v military oblasti jsou zajímavé kosmické prostředky. Žasnul jsem například nad tím, jak dokázali v 50. letech, bez počítačů, udělat sledovače hvězd. První byly u vojáků, ale krátce poté už letěly k Venuši. Nebo různé nové způsoby pěstování rostlin. Teď se to testuje na pouštích, ale až poletí osadníci na Mars, převezmou ty nejlepší zkušenosti. Koneckonců termín „kosmická technologie“ bereme prostě jako něco technicky úžasného, a není úplně povinné, aby to vyletělo 100 km nad Zemi, ne?
Jsem rád, že se článek líbil. A co se návrhu týče – my si chcete udržet tématickou jednotnost. To znamená informovat o pokud možno jen o našem oboru. 😉
Příležitostný jemný přesah by určitě nikomu nevadil. Dobrý článek.
Díky, ale raději se budeme držet svého kopyta. Ono to otevírá vrátka – jednou kousek, pak o kousek víc a tak dále a najednou se člověk ani nenaděje a vrata tématické jednoty jsou otevřená dokořán 🙂
Pozor pozor. Dušan Majer právě poskytuje velký rozhovor Janu Pokornému na Radiožurnálu (9.1.2020 od 9:05). Jsou na velké výstavě o kosmonautice na Výstavišti.
Dušane, prý jste spoluautor výstavy, doufám, že napíšete článek.
Článek? To nevím, nechci, aby to vypadalo jako placená propagace. Ale zamyslím se nad tím.
Díky za informování čtenářů. 😉
Poslouchal jsem rádio. Jste profesionál pane Majer.
Díky moc za pochvalu. 😉
Keď už to chlapi rozbehli, tak by som sa s dovolenim trochu pridal. Ma zmysel ísť do Prahy na výstavu, keď som na nej bol v Brne 3x? Je tam nejaká novinka, ktorá stojí za to?
Osobně si myslím, že ano. výstava se zase o trochu změnila. Jasně, jádro zůstalo, ale změn doznaly dekorace – hlavně velkoformátové tisky na perforované tkanině vypadají perfektně. No a pro mne největší změnou je část, na které jsem se podílel – současnost a budoucnost, které byly dříve lehce opomíjené. Není to nic extra velkého – pár panelů o raketoplánech, povídání o roverech na Marsu a pak několik panelů s informacemi o soukromých firmách a plánech jednotlivých agentur.
jejda jejda, snímek černé díry, materiál vypuzen z černé díry, inu nějak se ve mě rvou mé znalosti astronomie. Nejsem profesionál a beru ten orig článek nasa jako spíš takový popularizační, takže je to kapku zjednodušené.
Bral bych snímek akrečního disku. A že by černá díra něco vyvrhla zpoza schwazschildova poloměru.. zkrátka radši říkám jejda.
Díky za zpětnou vazbu. Jelikož jde o astronomii, vše jsem konzultoval s Matrtinem Gembececm a ten před vydáním některé pasáže upravil, aby byly přesnější. On je astronom a pokud je to za něj v pořádku, pak s tím souhlasím i já. 🙂
Aby bylo jasno, Dušane, fajn článek, díky za něj.
Já se zase ráno trošku spletl a jsem si tak říkal, jestli to náhodou nevydali na rozloučenou s teleskopem a pak jsem si to kontroloval a zjistil, že to Spitzer má končit, nikoliv Chandra.:-)
Jinak samozřejmě astronomické znalosti Martina Gembece jsou určitě daleko vyšší než má. A mám před ním též respekt.
Jasný, chápu, v pořádku. 😉
Jirka asi naráží na pasáž v posledním odstavci: „Teleskop Chandra pozoroval vyvržený materiál, který byl na svou mimořádnou cestu vypuzen z černé díry před stovkami, možná tisícovkami let.“
Nikde se sice nepíše o tom, že by materiál unikl zpoza schwazschildova poloměru, ale „vypuzení z černé díry“ je přesně ono. Možná by to stálo za úpravu ve smyslu, že byl vypuzen z akrečního disku nebo od černé díry nebo tak něco.
Proberu to s kolegou Martinem Gembecem, díky.
Jirko to jsou náhodou dobré připomínky. Dívám se na to tak, že na snímku je vidět přímo horizont události obklopený akrečním diskem (z něhož je zobrazena jen část). Hmota padající do černé díry samozřejmě setrvává v tom disku, ale část je místo pádu „dovnitř“ vystřelena v polárních oblastech, takže bych pojem vyletující z černé díry v rámci popularizace asi bral, ale díky za připomínku. Mě nenapadlo, že to vyzní nepřesně.
Já mám své znalosti z poslechu českého rozhlasu, sledováním přednášek na YT, z různých knížek atd. Neomlouvej se, je to dobře, že se takováto věda dělá z oběžné dráhy, je to moc zajímavé a jsem jen rád.
Právě že v rámci popularizace není úplně nejlepší nápad používat zjednodušení v tom smyslu, že něco vylétne z černé díry.
Možná se více pohneme, když si ujasníme, z čeho ta hmota vylétá? Z těsného okolí černé díry by tedy asi znělo lépe což?
Nevím, jestli se dá říci, že materiál vylétá z akrečního disku, píšete něco o pólech. Co třeba „Teleskop Chandra pozoroval vyvržený materiál, který byl na svou mimořádnou cestu vypuzen z bezprostřední blízkosti černé díry před stovkami, možná tisícovkami let.“ To by mohlo upokojit hnidopicha 🙂
No, tady se dostáváme do zbytečných (z popularizačního pohledu) detailů, kde přesně začíná černá díra. Protože není úplně jisté, že to musí být zrovna Schwarzschildův poloměr. U rotující černé díry je nad Schwarzschildovým poloměrem ergosféra, z níž právě převážně pochází ony výtrysky. Není žádný důvod nepovažovat egosféru za součást černé díry, podobně jako atmosféra (Země, Marsu) je považována za součást kosmického tělesa – ještě výraznější je to u Slunce – chromosféra a tak.
Možná by stačilo napsat, že „černá díra vypudila materiál“ (ze svého těsného okolí).
Prosím o ospravedlnenie za málinko odveci komentár. Ale keď spomínate Chandru… uvítala by som nejaký komplexnejší článok o tom, v akom technickom stave je tento teleskop po vyše 20 rokoch od vypustenia. Podobne aj ďalšie veľké a staré observatórium – Spitzer. Už veľa rokov mi totiž vŕta hlavou jedna vec. Je to len náhoda, že jediný často a ťažko kaziaci sa z kozmických teleskopov (HST), bol práve ten, ktorý mohol chodiť opravovať raketoplán? Ako to, že sa ostatné ďalekohľady aj bez servisných misií tak držia, kým Hubble bol aj po niekoľkých misiách na pokraji skazy?
Díky za tip, promyslíme to. A co se otázky týče, tak já se domnívám, že je to dáno konstrukčními rozdíly. Ano, všechny tyto velké observatoře byly skutečně velké, ale u HST to platilo dvojnásob. Ostatně velikost jeho primárního zrcadla mluví sama za sebe. Domnívám se tedy, že pro konstrukční náročnost se už jaksi dopředu počítalo se servisními misemi.
Mám pocit, že u Spitzera se někdy v druhé polovině loňského roku mluvilo o ukončení mise v lednu 2020, takže by to měl mít za pár.
Klíčové budou samozřejmě gyroskopy (když pominu chladící médium u Spitzera, protože on jede v určitém módu i bez chaldiva). Spitzer má dvě jednotky, každá s dvěma gyroskopy. V roce 2011 přepli na druhou jednotku poté, co první jevila malinké známky degradace. Chandra má čtyři gyroskopy a je schopna fungovat i na jeden. Osobně si myslím, že HST je na tom podobně, co se výdrže gyroskopů týče, ale když už tam servisní mise byla a mohla měnit přístroje (kamery), tak samozřejmě měnili i gyroskopy. Z toho také plyne, že ani Hubble už tu s námi nebude dlouho.
HST nemal problém len s gyroskopmi, ale aj s vibráciami. O známej sférickej aberácii zrkadla už ani nehovoriac. Nič z tohto sa žiadnej inej astronomickej družici nikdy neprihodilo, ak sa nemýlim.
Hubble byl prvni. Nekde si clovek musi vyzkouset udelat chyby, aby se jim mohl potom vyhnout.