Vedci z Fyzikálneho ústavu v Opave vyhodnocujú oscilácie röntgenového žiarenia v okolí čiernych dier.
Umelecká predstava superhmotnej čiernej diery v centre galaxie NGC 3783. Vnútorný akrečný disk obklopuje vonkajší slabší prstenec hmoty. Zdroj: ESO/M. Kornmesser.
Opavskí fyzici študujú v spolupráci so zahraničnými vedcami doposiaľ nevysvetlené vlastnosti premenného röntgenového žiarenia pochádzajúceho z blízkosti supermasívnych čiernych dier. Závery nového výskumu odborníkov vedú okrem iného aj k zaujímavým informáciám o rozložení a interakcii doteraz málo prebádanej tmavej hmoty vo vesmíre. Vedci predpokladajú existenciu dvoch oddelených diskov okolo supermasívnych čiernych dier, podobne ako je to pri veľkých planétach slnečnej sústavy.
Dosiaľ nevysvetlené žiarenie
Vedci z Fyzikálneho ústavu v Opave v priebehu posledných rokov vyhodnocujú oscilácie röntgenového žiarenia v okolí čiernych dier, ktoré pomohli určiť hmotnosť jednej zo supermasívnych dier nachádzajúcich sa v centrách galaxií.
Podrobná analýza tohto žiarenia poukazuje na skutočnosť, že v prípade najhmotnejších pozorovaných objektov sa sledované frekvencie oscilácií tohto žiarenia významne líšia od toho, čo vedci predpokladajú na základe modelov.
Vedecká skupina profesora Stuchlíka sa v poslednej dobe intenzívne zaoberá vplyvom tmavej hmoty v okolí supermasívnych čiernych dier na takzvanú osciláciu akrečných štruktúr (diskov) v ich okolí, ktoré sa podpisujú na charaktere röntgenového žiarenia prichádzajúceho z týchto štruktúr.
„Pri pozorovaní žiarenia z horúcej hmoty akrečných diskov obiehajúcich okolo čiernej diery sledujeme dve zosilnené frekvencie žiarenia, ktoré je emitované z blízkeho okolia takzvaného horizontu udalostí. Zaujímavé je, že obe frekvencie majú celočíselný pomer, najčastejšie 3 : 2,“ opisuje veľmi zaujímavé vlastnosti žiarenia doktor Vrba z Fyzikálneho ústavu v Opave. Jedným z dôsledkov výskumu boli tiež úvahy o existencii červích dier a paralelných vesmíroch.
Neznáma temná hmota
Hoci sa astronómovia venujú výskumu vesmíru už celé stáročia, viac ako 95 percent jeho zloženia je nám doposiaľ záhadou. Predpokladá sa, že 5 percent tvorí bežná hmota, 68 percent tmavá energia a zvyšných 27 percent neznámeho zloženia predstavuje tmavá hmota (niekedy označovaná aj ako temná hmota z angl. dark matter). Je známe, že tento komponent vo vesmíre naozaj existuje, a to z dôvodu množstva inak nevysvetliteľných javov, napríklad z rozporuplného pozorovania rýchlostí rotácie galaxií.
Vďaka svojej gravitácii tvorí temná hmota zhluky podobne ako tá viditeľná, ktorá je k týmto štruktúram tiež priťahovaná. Niektoré novšie výskumy ukazujú, že by prítomnosť skrytej hmoty mohla mať vplyv na polarizáciu mikrovlnného žiarenia prítomného vo vesmíre. Predpokladá sa, že daný jav spôsobujú hypotetické častice, zvané axióny.
Nikto však netuší, akú povahu či podobu tieto častice majú. Existujú iba domnienky, ktoré sa môžu bez lepšej pozorovacej technológie len ťažko potvrdiť alebo vyvrátiť.
Simulácia galaktických superkop, ktorých štruktúry ovplyvňuje skrytá hmota vo vesmíre. Umelecká predstava: Springel et al. (Virgo Consortium).
Okolie supermasívnych čiernych dier
„Zamerali sme sa na supermasívne čierne diery. Práve nesúlad astronomických pozorovaní s teoretickými hodnotami očakávanými v ich okolí nás doviedol k myšlienke, že tu môže hrať veľkú rolu práve temná hmota. Je to celkom logické, pretože ju pozorujeme iba vďaka jej gravitačným účinkom a podľa pozorovania sa nachádza vo veľkom množstve vo väčšine galaxií vo vesmíre. Kde inde by sme ju teda mali očakávať viac ako v okolí supermasívnych čiernych dier uprostred galaxií, kde je sústredená najväčšia hmotnosť?“ približuje Vrba.
Ako sa ukazuje, tmavá hmota je okolo čiernych dier rozložená v nemalom množstve. „Ak zoberieme rozloženie hmoty do vzdialenosti približne 50 polomerov danej čiernej diery, pričom za okraj čiernej diery sa považuje jej horizont udalostí, naše výpočty ukazujú, že v takom okolí je rozložená temná hmota s hmotnosťou 20 – 200 percent danej čiernej diery. Uvediem príklad. Keby bola uprostred slnečnej sústavy čierna diera, ktorá sa nachádza v centre našej Galaxie, svojím priemerom by zasahovala do štvrtiny vzdialenosti k Merkúru a hmota rozložená v zóne až po dráhu Jupitera by mala hmotnosť až 8 miliónov Sĺnk,“ upresňuje Vrba.
Prstence podobné planétam
Vedci tiež predpokladajú, že supermasívne čierne diery môžu mať prstence podobne ako veľké planéty. „Práve vďaka tmavej hmote vyvolávajúcej gravitačné poruchy bežného časopriestoru čiernej diery môže za určitých okolností dôjsť k vzniku dvoch oddelených akrečných diskov, pričom z vonkajšieho disku môže padať hmota na vnútorný, ale z vnútorného disku na čiernu dieru už nie. Samozrejme, táto stabilita je len dočasná – pokiaľ množstvo naakumulovanej hmoty neporuší podmienky stability systému. Dalo by sa to prirovnať k medzerám v prstencoch v okolí veľkých planét spôsobených gravitačnými účinkami mesiacov v ich okolí,“ opisuje Vrba. Dodáva, že to výrazne mení pohľad na čierne diery tak, ako ich doteraz prezentujeme v najrôznejších videách i na obrázkoch.
Uvedené vlastnosti týchto prstencov by potom mali byť ďalším vodidlom pre spresnenie rozloženia tmavej hmoty nielen okolo čiernych dier samotných, ale v centrách galaxií. Prstence však zatiaľ nie sme schopní so súčasnou technológiou pozorovať.
Zdroj: TS Sliezska univerzita
(JM)
