Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 39 (vyšlo 19. října, ročník 10 (2012)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Dvojice černých děr v hvězdokupě M22

Martin Žáček

Překvapivý objev

Vědci z Národní radiové observatořeNRAO – National Radio Astronomy Observatory, staví a spravuje největší radioteleskopy současnosti. Pod správu NRAO patří radioteleskop v Green Bank, sítě VLA a VLBA a spolu s Evropskou jižní observatoří staví radioteleskopickou síť ALMA. pomocí sítě radioteleskopů (Very Large ArrayVLA – Very Large Array, síť 27 radioteleskopů poskládaných do tvaru písmene Y umístěná v Socorru v Novém Mexiku. Průměr jedné antény je 25 metrů, hmotnost 230 tun. Elektronicky zpracovaná data poskytují rozlišení odpovídající základně 36 kilometrů a citlivost odpovídající jednomu dalekohledu o průměru 130 metrů. Síť provozuje National Radio Astronomy Observatory (NRAO) od roku 1980.) zkoumali nitro kulové hvězdokupy M22 a jejich neočekávané zjištění nutí astrofyziku přehodnotit dosavadní pohled na procesy uvnitř hvězdokup podobného typu. Původní očekávání bylo, že naleznou středně hmotnou černou díru, tj. větší, než bývají černé díry vzniklé jako konečné stádium evoluce velmi hmotných hvězd, avšak menší než obří černé díry nalézající se v centrech galaxií. „Co jsme hledali jsme nenašli, ale místo toho jsme nalezli něco velmi neočekávaného – dvě malé černé díry. Je to překvapivé proto, že podle simulací by v hvězdokupě měla být černá díra nanejvýš jedna.“, říká Laura Chomiuk z Michigenské státní univerzity a Národní radiové observatoře.

Kulová hvězdokupa – systém obsahující statisíce až miliony hvězd, držený pohromadě gravitací. Hvězdy v kulových hvězdokupách neobsahují prakticky žádné těžší prvky, a jsou proto velmi staré, nezřídka 12 až 13 miliard roků. Vznikly z prvotního plynu – vodíku a hélia v zárodcích budoucích galaxií. Většina kulových hvězdokup, které pozorujeme, je součástí naší Galaxie. Nejsou vázány na plochý podsystém, ale na celé galaktické haló.

Černá díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují.

VLA – Very Large Array, síť 27 radioteleskopů poskládaných do tvaru písmene Y umístěná v Socorru v Novém Mexiku. Průměr jedné antény je 25 metrů, hmotnost 230 tun. Elektronicky zpracovaná data poskytují rozlišení odpovídající základně 36 kilometrů a citlivost odpovídající jednomu dalekohledu o průměru 130 metrů. Síť provozuje National Radio Astronomy Observatory (NRAO) od roku 1980.

NRAO – National Radio Astronomy Observatory, staví a spravuje největší radioteleskopy současnosti. Pod správu NRAO patří radioteleskop v Green Bank, sítě VLA a VLBA a spolu s Evropskou jižní observatoří staví radioteleskopickou síť ALMA.

Černá díra v M 22, umělecká představa

Umělecká představa černé díry v kulové hvězdokupě.
Zdroj: Benjamin de Bivort; Strader, et al.; NRAO/AUI/NSF.

Podle modelů se budou v budoucnu obě pozorované černé díry stále více přibližovat k centru hvězdokupy, a tím i samy k sobě, projdou fází jakéhosi divokého gravitačního tance a jedna z nich získá energii dostatečnou k tomu, aby opustila hvězdokupu.

Radiový snímek centra hvězdokupy

Snímek centra hvězdokupy M22 v radiovém oboru, pořízený radioteleskopickou sítí VLA. Objekty označené M22-VLA1 a M22-VLA2 jsou identifikované jako černé díry hvězdné hmotnosti, třetí objekt je milisekundový pulzar. Červený křížek představuje fotometrické centrum hvězdokupy.

Jay Strader z Michiganské Státní University a z Harvardova-Smithsonova Centra pro astrofyziku k tomu říká, že nalezení dvou černých děr v kulové hvězdokupě mění dosavadní chápání procesů v jádře hvězdokupy, neboť dosavadní modely vedly pouze k možnosti, že se uvnitř může nacházet černá díra nanejvýš jediná. Ostatní by měly podle nynějších představ během velmi dlouhé evoluce hvězdokupu vzájemnými gravitačními interakcemi hvězdokupu opustit.

Polohy radiových zdrojů v hvězdokupě

Optický snímek hvězdokupy M22 a hvězdy odpovídající radiovým zdrojům. (a) Přibližná poloha radiových zdrojů v hvězdokupě, (b) a (c) detaily okolí jednotlivých nalezených radiových zdrojů v archivním snímku s vysokým rozlišením, pořízeném Hubbleovým dalekohledemHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009..

Pokud je tedy pozorování v rozporu s teoretickými modely, je nutno doplnit další kamínek do mozaiky, který dosavadní modely zpřesní tak, aby lépe odpovídaly skutečnosti. Autoři pozorování nabízejí dvě vysvětlení přítomnosti násobného systému černých děr v hvězdokupě. Jedna z možností vychází ze simulací, při nichž přítomnost vícero černých děr umožňuje expanzi jádra, která vede k poklesu hustoty hvězd, což vede ke zpomalení interakce s černými děrami. Za těchto podmínek mohlo v časových měřítkách miliard let zůstat v hvězdokupě přítomno více černých děr. Vychází se ovšem ze simulací provedených pro Velké Magellanovo mračnoLMC – Large Magellanic Cloud, Velké Magellanovo mračno. Trpasličí souputník naší Galaxie ve vzdálenosti 180 000 l.y. Jde o nádherný objekt viditelný spolu s Malým Magellanovým mračnem na jižní obloze., v němž je hustota hvězd v jádře asi tisíckrát menší, nicméně jeho jádro je mnohem rozsáhlejší než ve hvězdokupě M22. Druhé, zatím nepotvrzené vysvětlení vychází z poněkud nerovnoměrného rozložení poměru železaŽelezo – Ferrum, kovový prvek významně zastoupený na Zemi i ve vesmíru. Má všestranné využití při výrobě slitin pro výrobu většiny základních technických prostředků používaných člověkem. Objev výroby a využití železa byl jedním ze základních momentů vzniku současné civilizace.vodíkuVodík – Hydrogenium, je nejlehčí a nejjednodušší plynný chemický prvek, tvořící převážnou část hmoty ve vesmíru. Má široké praktické využití jako zdroj energie, redukční činidlo při chemické syntéze a v metalurgii nebo jako náplň balonů a vzducholodí. Vodík objevil roku 1766 Henry Cavendish. v hvězdokupě. Železo vzniká v hvězdokupách při hvězdném vývoji a bývá rozloženo rovnoměrně. Nerovnoměrné rozložení železa by mohlo být důsledkem splynutí dvou hvězdokup, z nichž každá měla jiné zastoupení železa. Pak by bylo možné, že každá z hvězdokup měla v sobě jen jednu černou díru a po jejich splynutí zůstaly dočasně v nitru výsledného útvaru černé díry dvě. K takovým spojením dochází často u trpasličích galaxií nebo u hvězdokup, které tvořily před spojením binární soustavu.

Korelace svítivosti v radiovém a rentgenovém objektu pro různé zdroje

Korelace svítivosti v radiovém a v rentgenovém oboru pro různé druhy zdrojů. Objekty nalezené v hvězdokupě M22 byly identifikovány jako černé díry hvězdných velikostí.

Dvě černé díry nalezené v hvězdokupě M22 jsou zatím jediné černé díry hvězdných velikostí, pozorované v kulových hvězdokupách naší vlastní Galaxie.

Fakta o hvězdokupě M22

Kulová hvězdokupa M22 se nachází v souhvězdí Střelce a jde o 22. objekt Messierova katalogu. Hvězdokupu poprvé podrobně zkoumal Harlow Shapley v roce 1930. Našel v ní zhruba 70 000 hvězd a zjistil, že má husté jádro. M22 má v pořadí páté nejjasnější jádro z hvězdokup vázaných k naší Galaxii je a třetí největší po M14 a M53, pokud neuvažujeme anomální hvězdokupy ω Cen a NGC 2419. Vysvětlení velikosti jádra nám poskytují některé numerické simulace, podle nichž, pokud se v jádře hvězdokupy nachází binární systém dvou černých děr a ještě nějaká další černá díra, vzájemnou interakcí těchto tří těles může být jedna černá díra urychlena ven z jádra, avšak ne nutně z hvězdokupy samotné. Při postupném klesání zpět se vzájemnou gravitační interakcí předá ostatním hvězdám jádra část kinetické energie, čímž se jádro poněkud zvětší.

rektascenze 18h36m24s
deklinace −23°54'10''
vzdálenost 3,2±0,3 kpc (10 400 ly)
poloměr jádra 1,24±0,3 pc (4,04 ly)
zdánlivá magnituda 5,2
hmotnost 2,9×105 MSlunce
stáří 12 miliard let

Fakta o Very Large Array (VLA)

Radioteleskopická síť VLA je tvořena 27 radioteleskopy. Síť byla postavena ve státě Nové Mexiko na planině Sv. Augustina západně od města Socorro v nadmořské výšce 2 124 m. Provozovatelem sítě je observatoř NRAONRAO – National Radio Astronomy Observatory, staví a spravuje největší radioteleskopy současnosti. Pod správu NRAO patří radioteleskop v Green Bank, sítě VLA a VLBA a spolu s Evropskou jižní observatoří staví radioteleskopickou síť ALMA., finanční krytí přichází z nadace NSFNSF – National Science Foundation. Nezávislá nadace vytvořená americkým kongresem v roce 1950. Jejím základním cílem je podpora vědy za účelem zlepšení prosperity, blaha a zdraví národa. Roční rozpočet je 5,5 miliardy USD.. Průměr každé antény je 25 m a hmotnost 230 tun. Cena celé sítě byla 80 milionů dolarů. První anténa byla usazena v roce 1971 a poslední v roce 1980. Síť byla uvedena do provozu v roce 1981. Antény lze díky důmyslnému systému dvojitých kolejnic přeskupovat pomocí tahacího zařízení, které vypadá jako velký oranžový traktor, do nejrůznějších konfigurací. Prostorově nejrozlehlejší má tvar písmene A s rameny dlouhými 21 kilometrů. Uspořádání odpovídá jedinému přístroji se základnou o průměru 36 kilometrů. U sledovaného objektu je pak možné spatřit největší detaily, soustava má největší zvětšení. V nejkompaktnější formaci jsou radioteleskopy rozmístěny „jen“ na prostranství 600 metrů a je možné zkoumat celkovou strukturu objektu a jeho okolí, soustava má nejmenší zvětšení.

Vlnový rozsah je od 0,7 cm do 4 m, tomu odpovídá frekvenční rozsah 75 MHz až 43 GHz. Rozlišovací schopnost tohoto obřího interferometru je na maximální frekvenci pouhých 0,04″. Antény se mohou otáčet rychlostí 40° za minutu v azimutu a 20° za minutu ve výškové souřadnici. Signál ze všech radioteleskopů se počítačově skládá do interferenčních map. Od 80. let se síť VLA stala velice výkonným vědeckým zařízením. Výzkum pokrýval objekty od sluneční soustavy až po samé hranice viditelného vesmíru, miliardy světelných roků od Země. Síť VLA pozorovala protoplanetární disky kolem mladých hvězd, černé díry, objevila plazmová vlákna ovládaná magnetickým polem, studovala pohyb plynu v centrální části Galaxie a zjišťovala různé mechanizmy radiových emisí. V lednu 2010 byla ukončena činnost sítě VLA a dochází na její postupnou transformaci do sítě EVLA (Expanded VLA), která využívá stávající radioteleskopy spojené novou technologií (hardwarovou i softwarovou). Výsledkem transformace bude desetinásobné zvýšení citlivosti sítě.

VLA

Kolejnice, po kterých se přemisťují antény VLA. Zdroj: NRAO.

O autorech

  • Laura Chomiuk (Katedra fyziky a astronomie Michiganské státní univerzity)
  • Jay Strader (Katedra fyziky a astronomie Michiganské státní univerzity)
  • Thomas Maccarone (Univerzita v Southhamptonu)
  • James Miller-Jones (Mezinárodní centrum pro Radioastronomický výzkum na Curtin University v Austrálii)
  • Anil Seth (Katedra fyziky a astronomie, Univerzita v Utahu)

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage