Stelární černé díry můžou vzniknout potichu i bez supernovy

TLDR: Rychlost proudění vnějších vrstev hvězdné atmosféry určuje, zdali tato spadne do nitra kolabující hvězdy, anebo nikoliv. Jeden z těchto scénářů vidíme jako supernovu, druhý ne.  Studie tu.

Motory vesmíru

S každou dekádou jako kdyby astronomii – a tak i civilizaci – tak trochu narostl nový smyslový orgán. Už dávno nejsme schopno pozorovat oblohu jenom ve viditelném světle. Doplnily jej radiové signály, gravitační vlny nebo třeba různé elementární částice! Nyní přichází další studie, která nám možná pomůže odhalit další kus doposud neviditelné oblohy.

Doposud se mělo totiž za to, že ke vzniku černé díry (alespoň té stelární – těmi jinými to teď nebudeme komplikovat) je potřeba výbuch hvězdy cca. o osminásobku hmotnosti Slunce. A takový výbuch má, logicky, projev jako zářivá supernova. Studie pod vedením Ariadna Murguia-Berthier z UC Santa Cruz, která vypadá jako ztracený sourozenec mojí rakovinové vědátorky Terezy Lausové, si totiž myslí, že hvězdná smrt může mít i docela tišší.

Tento obrázek nemá vyplněný atribut alt; název souboru je image-15.png.
Seriously, děsí ta podoba jen mě? Na prvním snímku autorka studie Ariadna Murguia-Berthier, na druhém „moje“ Tereza Lausová, která pro vás píše typicky o rakovině. Zdroj: Conacyt/CD/YC, vlastní

Autoři skrze modelace přišli s tím, že hvězdy s nízkým momentem hybnosti může typicky vést přímo ke zhroucení do černé díry bez předešlé supernovy, čili bez něčeho, čeho si můžeme všimnout v teleskopech. Jak je to možné? A jak na to vědátoři přišli, když nemají černou díru (snad!) schovanou ve sklepě laboratoře?

Studium gravitačních singularit je samozřejmě složité tím, že žádnou přímo pozorovat nemůžeme, takže jejich chování popisuje „jenom“ matematika. Až na to, že ona matematika se již mnohokrát prokázala být velmi přesnou – což víme třeba díky tomu, že černé díry samozřejmě pozorovat lze!

Ačkoliv za horizontem událostí mizí fotony, jejich okolí před horizontem může být setsakra dobře pozorovatelné! Například všechny galaxie, které mají jako jádro supermasivní černou díru, jsou vlastně na světě v téhle podobě jenom díky ní! A to platí i pro naší vlastní galaxii!

Snaha lépe pochopit proudění hmoty kolem nově vytvořené černé díry včetně jejího narůstání a rotace je tedy rozhodně vyšší dívčí – ale podobné simulování má dlouhou, léty prověřenou tradici.

Zdroj: Star Trek: TNG/CBS, NASA, vlastní

Co je supernova?

Parta kolem Murguia-Berthier tak do počítačů zadala především hydrodynamické simulace, které se snaží odhalit podmínky, během nichž může expandující materiál hvězdy detonovat do okolí v „klasické“ supernově, a kdy nikoliv. A výsledky naznačují, že roli hraje zpěvná vazba mezi vnějšími vrstvami hvězdné atmosféry – a vnitřkem kolabujícím do singularity!

Primárním faktorem v oné vazbě jen přitom podle simulací především rychlost rotace plynu kolem nitra hvězdy, čili kolem formující se černé díry. Je-li ona rychlost rotace příliš rychlá, stane se plyn vlastně oběžnicí černé díry – jako akreční disk dostane formu prstence, který obklopuje okolí černé díry.

Představit si to můžete jako disk kolem Ganganthui z Interstellaru. Ačkoliv mě fascinuje spíše to, že „rychlé větry“ v okolí hvězdy se vlastně při jejím zhroucení dostanou na orbitální dráhu. Je to něco, co musejí milovat hráč Kerbal Space Program.

V takovém prstenci se každopádně (jako v jiných akrečních discích) vlivem tření vytváří teplo, které má projev i ve světle! Tato fáze hvězdné smrti je potom to, co vidím jako supernovu. Po čase dojde i v rámci takového prstence na snižování jasu, což nejspíše souvisí s dílčím pádem částí prstence do náruče smrti.

Ale co když plyn nemá vysokou rychlost? Potom nejspíše nedosáhne na vznik orbitálního prstence, ale jednoduše spadne do nitra gravitační singularity, to celé bez vzniku podmínek souvisejících se zvýšením jasu. Tedy bez pozorované supernovy.

Punťičkáři můžou dodat, že černé díry dle teorií můžou vznikat i ne-stelárně, např. primordiální černé díry při vzniku vesmíru nebo malé singularity jako produkce částicových srážek. Ty tu dnes neřešíme, mkay?
Zdroj: CERN

Tichý jako pšouk!

Možná se teď malinko děsíte, protože to skoro vypadá, že kolem nás může být řada černých děr, i kterých nemáme ponětí! Ale to jsme tušili pro jiné důvody dávno – a nedávno se to potvrdilo skrze objev černé díry v poklidné soustavě binární hvězdy.

Práce každopádně předpokládá, že na „tiché kolapsy“ dochází spíše výjimečně, ale teoreticky možné jsou. Záleží především na podmínkách prostřední hvězdy. Pomalejší proudění atmosféry je vzhledem k chování hvězd méně pravděpodobné, mohlo by však jistě čas od času vzniknout.

Pozoruhodné na tom, je, že i podobné kolapsy bychom jednou mohli snad detekovat. V první řadě se nabízí možnost odhalit je jednoduše tím, že nějaká hvězda zmizí. A vlastně přesně podobné mizení – doposud občas nadhozené jako možná přítomnost ufonu – jsme nedávno objevili. Byť se u něj neuvažovalo o tomto vysvětlení, takže to neberete jako podpůrný důkaz pro studii Murguia-Berthier.

Spíše bych ale čekal, že teprve okamžik, kdy je ztráta viditelného světla doprovázená rentgenovými záblesky (z hmoty padající do chřtánu singularity) a možná i gravitačními vlnami, by mohl být indikátor podobné události! Možná si teď říkáte, že je to logické – ale různé týmy pracují na různých výzkumech, detektory gravitačních vln typicky nejsou spravovány stejnými partami jako optické observatoře nebo RTG detektory, takže i podobné teoretické „vytyčení směru“ je v praxi víc než užitečné!

Černé díry nám opět naznačují, že nás umějí i po desítkách let pořádně překvapit. Není to ale vlastně až tak šokantní, konec konců, až jednou vesmír využije i energii těch nejposlednějších hvězd, univerzum na nesčetné další triliony let zdědí právě černé díry! Vesmír je vlastně teprve v plenkách a jsou to právě gravitační singularity, kdo budou dominovat drtivé většině jeho života.

[Ladislav Loukota]

O černých dírách také s vědátorkou, která je fakt studuje.

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Diskuze