V roce 1964 objevili vědci první černou díru. Nachází se v souhvězdí Labutě, a tak dostala podle jeho latinského názvu označení Cygnus X-1. Cygnus X-1 je součástí binárního systému, který dále tvoří velmi masivní hvězda HD 226868. Obě tělesa obíhají okolo sebe ve vzdálenosti asi 30 milionů kilometrů (0,2 AU) s periodou 5,6 dní.
Podobné páry označují vědci jako vysoce hmotné rentgenové binární systémy (HMXB). Jedná se o černou díru nebo neutronovou hvězdu a velmi hmotnou hvězdu o hmotnosti nad 10 Sluncí.
Objev první černé díry Cygnus X-1
K objevu došlo v roce 1964 prostřednictvím Geigerových čítačů k měření rentgenových emisí. Přístroje byly vyneseny při suborbitálních letech dvojicí raket Aerobee z White Sands v Novém Mexiku. Na základě těchto průzkumů bylo objeveno osm nových zdrojů kosmického rentgenového záření – včetně Cygnus XR-1.
V roce 1971 byl určen zdroj emise – hvězda HD 226868 v souhvězdí Labutě. Bylo zřejmé, že samotná hvězda nemůže vyzařovat tak vysoké dávky rentgenová záření. Pomoci Dopplerova posunu (posuv spektrálních čar) bylo v témže roce potvrzeno, že hvězda obíhá okolo společného těžiště s velmi hmotným „neviditelným“ objektem.
Je mnohém dál
Vědci se původně domnívali, že černá díra Cygnus X-1 má hmotnost 16 Sluncí a nachází se 6 000 světelných let od nás. V nové studii vědci znovu změřili vzdálenost slavného páru. Využili k tomu nová i starší data z radioteleskopu VLBA (Very Long Baseline Array) prostřednictvím kterých změřili paralaxu.
Její princip si můžete vyzkoušet sami na svém těle. Stačí položit prst na nos a zavřít jedno oko. Poté ho otevřete a rychle zavřete druhé. Bude vám připadat, že se prst na nose pohnul. Ve skutečnosti je stále na nose, ale díváte se na něj z různých úhlů. V astronomií je „vzdálenost očí“ pozice Země v intervalu 6 měsíců, což vytvoří základnu 300 milionů kilometrů. Čím je změřený „posun“ objektu menší, tím větší je jeho vzdálenost.
Měření paralaxy Cygnus X-1. Foto: Foto: International Centre for Radio Astronomy Research.
Nová měření ukazují, že se Cygnus X-1 nachází 7 200 světelných let od nás, což je asi o 1200 světelných let dál, než jsme si mysleli.
Jasnost nebeského objektu s rostoucí vzdálenosti klesá. Pokud máte na obloze dvě hvězdy o stejné jasnosti, ale jedna se nachází 10 světelných let od nás a druhá 20 světelných let, je zřejmé, že ta druhá bude ve skutečnosti mnohem zářivější.
Hvězda v systému Cygnus X-1 vyzáří 400 000krát více energie než Slunce. Její hmotnost je asi 41 Sluncí. Hmotnost samotné černé díry je asi 21 ± 2,2 Sluncí, což je samozřejmě také více, než se myslelo. A je to také více, než dokážeme současnými znalostmi vysvětlit.
Záhada hvězdných větrů
Cygnus X-1 byla kdysi dávno velmi hmotnou hvězdou. Poté vybouchla jako supernova a její jádro se zhroutilo do podoby černé díry.
Hmotnost výsledné černé díry závisí na mnoha věcech – v první řadě na počáteční hmotnosti původní hvězdy, složení hvězdy (obsahu prvků těžších než hélium) a také na hmotnostních ztrátách v průběhu krátkého ale o to intenzivnějšího života hvězdy. Velmi hmotné světy ztrácejí nemalou část část své hmoty prostřednictvím hvězdných větrů (analogie slunečního větru).
Podle výpočtu vědců musela mít původní hvězda hmotnost asi 60 Sluncí. Problém je, že hvězdné větry podobného monstra jsou natolik silné, že by hvězda musela před svým kolapsem ztratit poměrně hodně hmoty a výsledná černá díra by měla mít menší hmotnost, než jakou pozorujeme. Větry muselo něco přibrzdit nebo jsou naše modely špatné.
Nový způsob výzkumu
Hvězda HD 226868 v systému Cygnus X-1 jednou vybouchne jako supernova a zhroutí se do podoby černé díry. Obě černé díry pak budou několik miliard let obíhat okolo sebe a nakonec se srazí.
Podobná kolize vyprodukuje velké gravitační vlny (doslova rozvlní prostor) a ty už pár let dokážeme měřit. Díky tomu můžeme zkoumat hmotnosti obou černých děr, které se srazily, což nám pomáhá pochopit, jak tyto tajemná monstra vypadají. Uvidíme, zda to pomůže vyřešit i novou záhadu Cygnus X-1.
Zdroje: icrar.org, Science