Černé díry paradoxně pomáhají mapovat vesmír
Můžeme sice poměrně snadno mapovat hvězdy do souhvězdí a vůči sobě navzájem, ale vědět, které jsou blíže a které jsou dále, je mnohem těžší měřit.
Ozvěny černých děr kreslí vesmírnou mapu
Jedním ze způsobů, jak určit vzdálenost k objektům ve vesmíru, je použití standardních objektů známého vnitřního jasu. Astronomové měří rozdíl mezi tím, jak jasný objekt ve skutečnosti je, a tím, jak jasný se nám zdá ve světelných letech, a pomocí tohoto rozdílu vypočítají, jak dalekou cestu světlo urazilo. Mezi tyto objekty patří pulzující hvězdy, jejichž vnitřní jas je spojen s načasováním jejich pulsů, a také supernovy s omezeným rozsahem jasu.
Nyní astronomové prokázali životaschopnost toho, co se pro mapování vesmíru jeví jako nejlepší nástroj, tedy supermasivních černých děr. Nebo alespoň jejich ozvěny.
"Měření kosmických vzdáleností je v astronomii zásadní výzvou, takže možnost mít v rukávu další způsob je velmi vzrušující,“ uvedla astronomka Yue Shen z University of Illinois v Urbana-Champaign.
Černé díry přitom nevydávají žádný jas
Možná jste trochu zmateni. A máte pravdu. Černé díry totiž nevydávají vůbec žádné patrné záření, naopak, ve skutečnosti jsou neviditelné.
Ale supermasivní černé díry, které se nalézají v srdcích galaxií, jsou velmi odlišné. Sice je nemůžeme vidět, ale pokud jsou aktivní, materiál kolem nich skutečně září velmi jasně. A způsob, jakým se světlo chová v jejich bezprostředním okolí, lze použít k určení jejich vlastního jasu.
Aktivní supermasivní černá díra je ta, která se živí materiálem a tento materiál je strukturován kolem černé díry ve známé architektuře. Ve středu je samotná supermasivní černá díra, která může mít miliony až desítky miliard hmotností Slunce.
Kolem ní krouží disk materiálu, gravitačně se nasávající do černé díry. Je to stejné, jako když voda krouží kolem odtoku umyvadla a nakonec do něho padá. To je akreční disk a jeho intenzivní gravitační a třecí síly ohřívají materiál a způsobují jeho jasný záblesk. Ale to není to, co astronomové měří.
Mimo akreční disk se nachází větší mrak, prachový prstenec ve tvaru donutu zvaný torus. A je to vnější torus, který je klíčem k technice známé jako mapování ozvěny nebo mapování dozvuku.
Oblast akrečního disku nejblíže aktivní supermasivní černé díře každou chvíli jasně vzplane v převážně optických a ultrafialových vlnových délkách. A když dosáhne torusu, vytvoří echo nebo-li ozvěnu.
Optické a ultrafialové světlo je pohlcováno prašným mrakem, který se ohřívá a vydává tepelnou energii ve formě infračerveného světla. Akreční disky mohou být obrovské a může trvat roky, než se světlo dostane k torusu a bude znovu emitováno. Ale protože známe rychlost světla, mohou astronomové využít čas mezi vzplanutím a ozvěnou k výpočtu vzdálenosti mezi vnitřním okrajem akrečního disku a torusem.
A to je opravdu chytré. Víme, že vnitřní okraj akrečního disku je horký. A víme, že disk se při pohybu ven z černé díry ochlazuje. Když teplota klesne na přibližně 1 200 stupňů Celsia, může se vytvořit oblak prachu. Takže vzdálenost mezi torusem a vnitřním okrajem akrečního disku je přímo úměrná této šíleně vysoké teplotě.
Pokud známe vzdálenost, můžeme vypočítat teplotu, a jakmile známe teplotu, můžeme vypočítat, kolik světla tato oblast emituje.
Astronomové už znají 587 supermasivních černých děr
Tým astronomů vedený Qianem Yangem z Illinoiské univerzity v Urbana-Champaign spojil téměř dvě desetiletí shromažďované údaje, aby našel optický blesk. Poté studoval data shromážděná pomocí infračerveného průzkumu NASA.
A identifikovali 587 supermasivních černých děr s optickým bleskem a středovou infračervenou ozvěnou, což je dosud největší průzkum vesmíru svého druhu.
Tým nyní pracuje na zdokonalování svých modelů, aby lépe pochopil chování prachu a způsob, jakým vyzařuje infračervené světlo. A samozřejmě probíhající průzkumy s lepší technologií budou i nadále poskytovat kvalitnější pozorování.
"Krása techniky mapování ozvěny je v tom, že tyto supermasivní černé díry tak brzy nezmizí,“ řekl Yang. "Takže můžeme měřit ozvěny prachu znovu a znovu, abychom zlepšili způsob měření vzdálenosti.“ Dále čtěte: Jak dlouhý je doopravdy galaktický rok.
