Mladík pôvodom z Uzbekistanu sa s ďalšími vedcami snaží pochopiť štruktúry akrečných diskov a dej v látke, ktorá obklopuje čierne diery.
Žiarenie unikajúce z akrečného disku v okolí supermasívnej čiernej diery. Zdroj: ESO, ESA/Hubblov vesmírny ďalekohľad, M. Kornmesser
Čierne diery sú spravidla obklopené rozsiahlymi diskmi hmoty, ktoré vedci odborne nazývajú akrečné disky. Silná gravitácia čiernej diery ovplyvňuje fyzikálne procesy prebiehajúce v diskoch aj emitované žiarenie, čo astronómom umožňuje študovať štruktúru diskov a spoznávať vlastnosti čiernej diery. Zatiaľ čo z čiernych dier neunikne ani svetlo, disky žiaria extrémne jasne.
Informácia o tom, ako sa pohybujú fotóny v disku, obklopujúceho čiernu dieru, a ako ich interakcia s hmotou v týchto diskoch môže pôsobiť na produkované žiarenie, ktoré pozorujeme zo Zeme, nám odhalí omnoho viac zaujímavostí o čiernej diere. Také pátranie je náplňou dizertačnej práce Dmitriya Ovchinnikova, študenta Fyzikálneho ústavu v Opave.
Dmitriy Ovchinnikov, pôvodom z Uzbekistanu, sa výskumom žiarenia v okolí čiernych dier zaoberá už od roku 2019. „Cieľom mojej dizertačnej práce je preskúmať, ako interakcia medzi žiarením a hmotou v akrečných diskoch v okolí čiernych dier ovplyvňuje kľúčové vlastnosti žiarenia pozorovaného zo Zeme. Spätne nám to tak pomáha lepšie poznať vlastnosti čiernych dier samotných a ich bezprostredného okolia,“ povedal Ovchinnikov.
Spolu s ďalšími vedcami sa snaží pochopiť štruktúry akrečných diskov, a teda aj deja v horúcej látke obklopujúcej extrémne objekty, akými sú čierne diery, a ako sa žiarenie prenáša v akrečných diskoch. „Analyzujem rôzne mechanizmy pomocou modelov takzvaných viacnásobných toroidných (prstencovitých) štruktúr okolo rôznych typov čiernych dier,“ opísal študent.
Čo sú vlastne akrečné disky?
Simulačný obrázok akrečného disku okolo rotujúcej čiernej diery, ktorý sa skladá z dvoch torov. Zdroj: Dmitriy Ovchinnikov/FÚ v Opavě.
Akrečné disky sú útvary tvorené z rýchlo rotujúceho plynu, ktorý sa postupne špirálovito spúšťa a klesá na centrálne teleso. Pre nás najzaujímavejšie sú akrečné disky v okolí čiernych dier, ale nie sú to jediné typy telies, ktoré disky obklopujú. Pre astrofyzikov sú tieto disky prakticky bezodnou studnicou informácií, pretože nie sú riadené kombináciou fascinujúcich fyzikálnych procesov vrátane gravitačných a elektromagnetických interakcií, dynamiky tekutín či prenosu žiarenia.
Štúdium a modelovanie týchto javov nám pomáha lepšie pochopiť ich štruktúru. „Pohybová energia látky rotujúcej v disku vplyvom rôznych procesov prechádza na iné formy, napríklad tepelnú, čo spôsobuje, že časť hmoty vo vnútornej časti disku potom padá na čiernu dieru. Vnútri akrečných diskov je látka tvorená väčšinou nabitými časticami a vďaka tomu sa tu vytvára aj magnetické pole. Trenie vo vnútornej časti disku hmotu výrazne ohrieva a vzniká žiarenie, ktoré môže vzdialený pozorovateľ registrovať. A práve týmto žiarením sa zaoberám,“ spresnil študent a dodal, že vlastnosti čiernej diery, ktorá je diskom obklopená, potom stoja za zmenami intenzity a ďalšími vlastnosťami pozorovaného žiarenia. Jeho štúdium nám tak odhaľuje nielen vlastnosti disku, ale aj vlastnosti čiernej diery.
Vedecky veľmi prínosné bádanie
Historicky prvý obrázok žiarenia obklopujúceho tieň čiernej diery v našej Galaxii. Foto: EHT Collaboration
Tento výskum je vedecky veľmi prínosný, pretože pochopenie fyzikálnych procesov v silných gravitačných poliach je jedným z najlepších spôsobov, ako overiť Einsteinovu teóriu gravitácie a akékoľvek alternatívne gravitačné teórie. Navyše štúdium akrečných diskov má rozsiahle využitie v ďalších oblastiach astrofyziky.
Kde sa s akrečnými diskmi astrofyzici stretávajú najčastejšie? „Akrečné disky neobklopujú len čierne diery. Vznikajú napríklad pri formovaní hviezd a okolo nich v tesných dvojhviezdnych sústavách. Nájdeme ich aj okolo neutrónových hviezd. V okolí čiernych dier však hrajú kľúčovú rolu pri pozorovaní energeticky najsilnejších javov vo vesmíre. Teória akrečných diskov sa využíva na skúmanie rôznych zdrojov žiarenia v našej Galaxii, a to v širokom rozsahu vlnových dĺžok, pretože produkujú rôzne typy žiarenia. Týka sa to pochopiteľne aj centra našej Galaxie, kde sa nachádza masívna centrálna čierna diera. Disky pomáhajú astronómom aj pri štúdiu jasných centrálnych oblastí iných galaktických centier, kde vznikajú také javy ako relativistické výtrysky látky alebo gamazáblesky. Skúmanie procesov v akrečných diskoch nám umožňuje vysvetliť charakteristické fyzikálne rysy, napríklad v spektrách alebo vo svetelných krivkách, a dokážu nám tak povedať omnoho viac o telese, ktoré obklopujú,“ uviedol príklady Ovchinnikov.
Nezostáva len pri diskoch
Mladý vedec vo svojej práci neštuduje len akrečné disky. „Počas svojho doktorandského štúdia sa podieľam aj na ďalších výskumných projektoch, ktoré čiastočne súvisia s predmetom mojej dizertačnej práce. Tieto projekty sa zameriavajú na skúmanie rôznych optických javov vyskytujúcich sa v silných gravitačných poliach rôznych alternatívnych modelov čiernych dier, napríklad okolo takzvaných regulárnych čiernych dier, ktoré nemajú centrálnu singularitu. Špecifickými metódami sa s ďalšími astrofyzikmi pokúšame určiť charakteristiky takých čiernych dier vrátane ich hmotnosti, rotácie a sklonu. Tiež simulujeme potenciálne výsledky pozorovaní pre také objekty a porovnávame ich s už dobre známymi modelmi, ktoré navrhli slávni fyzici pred nami, ako bol Karl Schwarzschild alebo Roy Kerr,“ vysvetlil študent.
Výskum a matematické riešenie gravitačných polí čiernych dier sú stále predmetom teoretického bádania, ktoré vychádza napríklad zo spojenia Einsteinovej všeobecnej teórie relativity so zložitými vzorcami pre elektrodynamiku. Ich kombinovaním totiž vedci získavajú lepší základ pre výskum pohybu nabitých častíc a fotónov v okolí čiernych dier a také rozšírenie napokon pomáha lepšie pochopiť správanie látky i svetla v časopriestore.
Zdroj: FÚ Slezskej univerzity v Opave
(af)
