Energie 10 000 Sluncí: Vědci poprvé změřili výkon trysek černé díry Cygnus X-1

Astronomům se dlouho nedařilo přesně změřit rychlost a výkon trysek černé díry Cygnus X-1, slavného objektu o hvězdné hmotnosti, který se nachází zhruba 7 200 světelných let daleko.

Astronomům se dlouho nedařilo přesně změřit rychlost a výkon trysek černé díry Cygnus X-1, slavného objektu o hvězdné hmotnosti, který se nachází zhruba 7 200 světelných let daleko. Ačkoli bylo zřejmé, že jde o mimořádně silný jev, data pro prokázání jeho skutečného výkonu zůstávala nepolapitelná.

Nyní se díky globální síti radioteleskopů a pozorování kosmického větru podařilo týmu vedenému Curtinovou univerzitou konečně odhadnout rychlost jejích masivních trysek. Studie překvapivě odhaluje, že tyto trysky vyvrhují materiál do vesmíru rychlostí 150 000 kilometrů za sekundu, což je polovina rychlosti světla. Pro představu o energii, výkon těchto dvojitých paprsků odpovídá 10 000 Sluncím hořícím najednou.

Cygnus X-1 je binární systém s vysokou hmotností a prvním nebeským objektem, který byl široce potvrzen jako černá díra. Skládá se z černé díry o hvězdné hmotnosti – asi 21krát hmotnější než Slunce – uzamčené v těsné oběžné dráze s masivní superobří hvězdou. Jak gravitace černé díry strhává materiál z jejího společníka, plyn tvoří zářící akreční disk, který emituje intenzivní rentgenové záření a pohání relativistické trysky cestující extrémními rychlostmi. Systém, který byl předmětem slavné přátelské sázky mezi Stephenem Hawkingem a Kipem Thornem, zůstává přirozenou laboratoří pro studium extrémní fyziky gravitace a galaktické evoluce.

Měření něčeho vzdáleného tisíce světelných let však není nikdy jednoduché. K provedení měření se hlavní autor Dr. Steve Prabu a jeho tým obrátili na „teleskop o velikosti Země“ – soustavu propojených antén rozprostírajících se na obrovské vzdálenosti. To umožnilo zachytit sekvenci snímků ukazujících, jak jsou trysky ovlivňovány. Jak se černá díra pohybuje po své oběžné dráze, tyto větry narážejí do jejích trysek, tlačí je a ohýbají. Výkon trysek byl určen měřením stupně jejich vychýlení způsobeného větrem z blízké hvězdy.

Astronomové a fyzici většinou vytvářejí masivní počítačové simulace, aby pochopili, jak se vesmír vyvíjel. Tyto modely se spoléhají na specifický předpoklad: že 10 % energie uvolněné hmotou padající do černé díry je emitováno jako trysky. Až dosud bylo toto „pravidlo 10 %“ převážně kvalifikovaným odhadem. Nyní mohou vědci toto měření použít k ukotvení svého chápání trysek, ať už pocházejí z černých děr 10krát nebo 10 milionkrát hmotnějších než Slunce. Data potvrdila, že účinnost 10 % použitá v simulacích je pozoruhodně přesná.

Trysky černých děr jsou architekty kosmu. Pumpují energii do plynu mezi hvězdami a brání příliš rychlému vzniku nových hvězd, čímž regulují růst celých galaxií. S teleskopem Square Kilometer Array (SKA), který se v současné době staví v západní Austrálii, budou astronomové brzy schopni vidět miliony těchto trysek v dalekých končinách vesmíru. Díky „tančícím tryskám“ Cygnus X-1 mají nyní odborníci dokonalé „pravítko“ k jejich měření. Tento vývoj umožňuje přímé srovnání výkonu trysek s okamžitou rentgenovou energií uvolněnou hmotou padající do černé díry, což poskytuje mnohem přesnější obrázek o tom, jak tyto kosmické motory fungují. Zjištění byla publikována v časopise Nature Astronomy 16. dubna.