Elegantní věda, roky práce, historické konsekvence a autoři, kteří jsou silní v kramflecích. Zatím v draftu je studie, která popisuje první objev samostatné černé díry „hvězdné hmotnosti“. Tahle černá díra neobíhá v páru s jiným objektem. Tiše putuje vesmírem a čeká na svou příležitost. A to vše jen 5 tisíc světelných let od nás.
Všechny menší černé díry jsme zatím našli v páru s hvězdou, kterou obvykle černá díra požírá. Vzniká tím disk extrémně zahřátého materiálu, který vyzařuje rentgenové emise, takže není těžké je najít.
První samostatná černá díra
Máme dostatek dobrých důvodů se domnívat, že existuje mnoho černých děr hvězdné hmotnosti, které jsou samostatné. Velmi hmotné hvězdy tvoří asi tisícinu všech hvězd v Galaxii. Přibližně třetina z nich vzniká samostatně. Pokud už existují v páru, častokrát se sloučí dohromady před výbuchem supernovy a zhroucením do černé díry.
Černé díry putující vesmírem mohou narazit na mezihvězdné médium, ale jeho požírání je z hlediska emisí zanedbatelné. Samostatné černé díry je proto velmi těžké odhalit. Pro objevení první samostatné černé díry využili vědci tři jevy.
#1 Gravitace a světlo
Představme si, že máme dvě hvězdy, které jsou tisíce světelných let od sebe a na pozemské obloze se dostanou do jedné přímky. Gravitace první hvězdy zesílí a ohne světlo vzdálené hvězdy.
OGLE a MOA
2. června 2011 oznámily nezávisle na sobě projekty OGLE a MOA objev mikročočkové události, která tak dostala dva názvy – MOA-2011-BLG-191 / OGLE-2011-BLG-0462. Jasnost vzdálené hvězdy začala růst a zůstala vysoká po dobu 270 dní. Jak se později ukázalo, čočkujícím objektem byla černá díra.
OGLE a MOA se věnují hledání gravitačních mikročoček. OGLE provozuje od počátku 90. let Varšavská univerzita na observatoři Las Camapanas v Chile. MOA je novozélandsko-japonský projekt, který se nachází na Mount John University Observatory na Novém Zélandu.
BLG v názvu mikročočkové události je Galactic BuLGe neboli galaktická výduť. Jedná se (z hlediska našeho výkladu) o oblast s větší koncentrací hvězd, ve které je mikročočková událost pravděpodobnější.
Vychází to z teorie relativity a říká se tomu gravitační mikročočka. Místo hvězdy si můžeme dosadit jiné objekty: hvězdu s planetou, bludnou planetu, hnědého trpaslíka... nebo černou díru.
#2 Alberte, ta hvězda je vedle!
Do pozorování se později pustily další pozemské dalekohledy a také Hubbleův kosmický dalekohled. Prostřednictvím přístroje Wide Field Camera 3 pozoroval čočkovanou hvězdu celkem osmkrát od srpna 2011 do srpna 2017. Zvýšení jasnosti hvězdy totiž nebyl jediný jev, který vědce zajímal.
Gravitační mikročočka způsobí, že čočkovaná hvězda se na pozemské obloze mírně posune. Pro krásný příklad nemusíme chodit moc daleko. V roce 1919 nastalo úplné zatmění Slunce, které se zapsalo do historie. Samotný úkaz nebyl výjimečný, ale vědci ho poprvé použili k otestování obecné teorie relativity a ukázali, že Albert Einstein měl pravdu.
Při úplném zatmění Slunce se den promění v noc a my můžeme pozorovat hvězdy blízko Slunce. Naše mateřská hvězda zafunguje jako gravitační mikročočka a hvězdy jsou na obloze o kousek jinde, než by měly být.
V případě černé díry to zafungovalo podobně. Odborně se tomu říká astrometrická mikročočka. Stačí nastudovat vlastní pohyb vzdálené hvězdy, určit, kde měla na obloze být a srovnat to se skutečnou pozorovanou pozicí. Pokud to dokážeme, můžeme určit hmotnost čočkujícího tělesa s velkou přesností. Odchylka je ale velmi malá. V tomto případě asi 2 tisíciny vteřiny, takže není překvapením, že do akce byl zapojen i samotný Hubbleův dalekohled.
#3 S prstem na nose
Posledním jevem je paralaxa. Naše Země se pohybuje okolo Slunce rychlostí 30 km/s. Pokud pozorujete nějaký objekt s odstupem času, díváte se na něj díky pohybu Země z různých úhlů. Je to podobné, jako když si dáte prst na nos a střídavé se na něj díváte jedním a druhým okem (to druhé máte zavřené). Prst se bude zdánlivě pohybovat.
Paralaktický pohyb se požívá pro hledání objektů za dráhou Neptunu, nebo pro měření vzdálenosti hvězd. Je ale možné ho použít také na gravitační mikročočku.
Světelná křivka (graf závislosti jasnosti na čase) se „deformuje“, pokud se na čočku díváme z různých úhlů – můžeme využít dvě odlišné pozice Země, nebo pozorovat čočku současně ze Země a nějakého vzdáleného kosmického dalekohledu, což se už stalo, ale ne v tomto případě.
Samostatná černá díra o hmotnosti...
7,1 ± 1,3 Slunce. Tolik vědcům vyšlo kombinací metod. Odpovídá to černým dírám, které pozorujeme v binárních systémech. Jejich hmotnosti se obvykle pohybují okolo 7, 8 Sluncí. Černá díra se nachází ve vzdálenosti 1580 ± 180 parseků alias asi 5200 světelných let.
Vědci jsou si poměrně jistí v kramflecích, že čočkujícím objektem je černá díra. Pokud by šlo o klasickou hvězdu, viděli bychom ji. Pokud by šlo o některý jiný exotický a špatně pozorovatelný objekt typu neutronové hvězdy nebo bílého trpaslíka, měl by podstatně nižší hmotnost.
Zdroj: An Isolated Stellar-Mass Black Hole Detected Through Astrometric Microlensing