James Webb teleskop odhaluje skryté černé díry v prachu

Astronomové pomocí James Webb Space Telescope (JWST) odhalili fascinující pohled na násilné události ve vesmíru, kde černé díry trhají hvězdy na kusy. Tato pozorování poskytují nový pohled na chování černých děr, které čekají skryté v prachových galaxiích, dokud se jejich oběti nepřiblíží. JWST tím otevírá novou kapitolu ve zkoumání vesmírných fenoménů.

Pozorování přílivových narušení v prachových galaxiích

Tým astronomů se zaměřil na jevy známé jako přílivové narušení (TDEs) v prachových galaxiích. Tyto události nastávají, když supermasivní černá díra v centru galaxie zachytí blízkou hvězdu a roztrhá ji, což vyvolá obrovský výbuch energie. Od prvního pozorování těchto událostí v 90. letech minulého století bylo objeveno přibližně 100 takových hvězdných destrukcí.

Ilustrace velkého černého kruhu s růžovým proudem vycházejícím z něj. Kolem kruhu je oranžový pruh světla. Vložka v obrázku zobrazuje ilustraci teleskopu Jamese Webba.

Pozorování JWST naznačují, že tyto násilné a mocné incidenty mohou být běžné v galaxiích zahalených hustými závoji plynu a prachu. To znamená, že jsou prozatím skryté před naším zrakem. Tyto galaxie jsou pro optické a rentgenové teleskopy obtížně pozorovatelné, což činí JWST s jeho infračervenými schopnostmi klíčovým nástrojem pro jejich studium.

Jak se supermasivní černé díry skrývají v prachu

Přílivové narušení začíná, když se hvězda dostane příliš blízko k supermasivní černé díře, jejíž hmotnost je milionkrát nebo dokonce miliardkrát větší než hmotnost Slunce. Tato obrovská hmotnost vytváří silnou gravitační sílu, která způsobuje, že hvězda je horizontálně zploštěna a vertikálně protažena, což vědci poeticky nazývají 'spaghettifikací'.

Tento proces vede ke vzniku akrečního disku kolem černé díry, kde se materiál postupně akumuluje a je do černé díry vtahován. Zároveň velká část materiálu, který tvořil hvězdu, je urychlena k pólům černé díry a vyvržena ven ve formě vysokoenergetických proudů, což přispívá k jasnosti TDE v celém elektromagnetickém spektru.

JWST odhaluje jedinečné 'otisky prstů' černých děr

Vědci využili JWST k potvrzení TDE v prachových galaxiích sledováním specifických signatur v infračerveném spektru, které mohou vzniknout pouze při akreci černé díry. Tento 'otisk prstu' je vytvořen, když obrovské množství radiace z akrečního disku černé díry odstraňuje elektrony z atomů v okolí, což vede k jejich ionizaci.

Umělecké ztvárnění černé díry s žlutými mlhavými zářícími pruhy kolem ní. Podobně zbarvený proud vychází ze středu.

Zvláště ionizace neonu způsobuje uvolnění infračerveného záření na velmi specifické vlnové délce, kterou JWST dokáže detekovat. Tým zkoumal 12 podezřelých míst TDE a v čtyřech z nich našel tento neonový otisk, včetně nejbližšího TDE k Zemi, který se nachází v galaxii 130 milionů světelných let daleko.

Odhalení skrytých supermasivních černých děr

Potvrzení akrece supermasivní černé díry v těchto galaxiích byl pouze prvním krokem pro vědce. Dalším cílem bylo zjistit, zda jsou tyto černé díry aktivní s neustálým přísunem plynu a prachu, nebo zda byly dříve nečinné, dokud hvězdy nevstoupily do jejich blízkosti a nebyly zničeny.

JWST identifikoval klíčové rozdíly mezi prachovými mraky v těchto galaxiích a prachovými mraky v aktivních galaxiích, kde supermasivní černá díra neustále pohlcuje okolní materiál. Aktivní galaxie obvykle obsahují shluky prachu ve tvaru koblihy kolem svých černých děr, ale tým zjistil, že všechny čtyři zkoumané prachové galaxie vykazují velmi odlišné vzory.

Objev těchto skrytých černých děr a jejich interakce s hvězdami otevírá nové možnosti pro výzkum vesmíru. Důkladné pochopení těchto událostí může pomoci vědcům lépe porozumět tomu, kolik hvězdného materiálu supermasivní černé díry pohlcují a jak dlouho tento proces trvá. Dále to může odhalit některé základní vlastnosti supermasivních černých děr, jako je jejich rychlost rotace a celková hmotnost. Výzkum týmu byl publikován v časopise Astrophysical Journal Letters a představuje významný pokrok v našem chápání dynamiky vesmíru.