V objevné studii, která přehodnocuje naše chápání gravitace a dynamiky vesmíru, astronomové poprvé přímo zdokumentovali jedno z nejsofistikovanějších jevů obecné teorie relativity: černou díru, která při svém otáčení vtahuje a kroutí časoprostor kolem sebe.
Tato pozorování, která potvrzují předpovědi, jež Albert Einstein formuloval před více než stolem, představují nejen teoretické vítězství. Poskytují vědcům nové „okno“ do studia fyziky černých děr a jejich mechanismu, jak vyvrhují materiál do prostoru.
Jev Lense-Thirring a vír časoprostoru
Jev, který byl pozorován, se nazývá „Lense-Thirringovo vtahování“ (frame-dragging). Abychom to pochopili, stačí si představit točící se spinning top uvnitř nádoby s medem. Jak se spinning top otáčí, viskózní tekutina, která se k němu přilne, se také začíná točit, vytvářejíc vír.
V kosmickém analogickém případu je „spinning top“ rychle rotující černá díra a „med“ představuje samotný časoprostor. Gravitace je tak silná, že nejenže přitahuje hmotu, ale také deformuje strukturu prostoru a času, nutí vše, co se ocitne blízko – dokonce i světlo či trosky nešťastné hvězdy – aby následovalo tuto podivnou, zakřivenou dráhu.
Událost AT2020afhd: Když hvězda odhalila tajemství gravitace
Tým výzkumníků, vedený Národními astronomickými observatořemi Čínské akademie věd ve spolupráci s University of Cardiff, se zaměřil na událost označenou jako AT2020afhd. Tento incident, známý jako událost přílivového narušení (Tidal Disruption Event – TDE), nastal, když se hvězda přiblížila příliš blízko supermasivní černé díry a byla roztržena jejími gravitačními sílami.
Když zbytky hvězdy vytvořily akreční disk kolem neviditelného „pachatele“, materiální výtrysky byly vyvrženy rychlostmi, které se blížily rychlosti světla. Vědci však pozorovali něco neobvyklého: jak disk, tak výtrysky nebyly stabilní. Místo toho projevovaly koordinované kolísání, které se opakovalo v cyklu 20 dnů.
Tato periodická pohybová aktivita byla „klíčem“. Naznačovala, že rotace černé díry vtahuje rovinu disku a výtrysků, nutíc je k pohybu, přesně jak předpovídá jev frame-dragging.
Od teorie k důkazu: Příspěvek technologie
Pro izolaci tohoto slabého signálu uprostřed kosmického šumu výzkumníci museli zkombinovat data z dvou nejmodernějších observatoří: vesmírného teleskopu Swift (Neil Gehrels Swift Observatory), který detekuje rentgenové paprsky, a soustavy rádioteleskopů VLA (Karl G. Jansky Very Large Array).
Analýza elektromagnetických spekter umožnila týmu určit složení a strukturu materiálů zapojených do jevu, čímž vyloučila jiné možné vysvětlení neobvyklého chování signálu. Na rozdíl od předchozích TDE, které vysílaly stabilní rádiové signály, AT2020afhd vykazovalo krátkodobé variace, které nemohly být jednoduše přičteny uvolnění energie. Jediným výkladem, který přesně odpovídal datům, byla rotace časoprostoru.
Dárek pro fyziky
Dr. Cosimo Inserra z University of Cardiff a spoluautor studie publikované ve vědeckém časopise Science Advances označil tento objev za nejpřesvědčivější důkaz, jaký jsme dosud obdrželi pro Lense-Thirringovo vtahování.
Námi provedená studie ukazuje černou díru, jak táhne časoprostor s sebou, stejně jako spinning top vtahuje vodu do víru. Toto představuje skutečný dárek pro fyziky, protože potvrzujeme předpovědi, které byly učiněny před sto lety.
Kromě historického potvrzení má tento objev obrovský praktický význam pro astrofyziku. Jak zdůraznil Dr. Inserra, pochopením mechanismu, kterým černá díra vytváří toto gravo-magnetické pole – analogicky s magnetickým polem vytvářeným rotujícím nabitým objektem – získáváme lepší schopnost dekódovat mechaniku výtrysků a chování hmoty za extrémními gravitačními podmínkami.
Nová éra pro astronomii
Úspěch tohoto pozorování otevírá cestu k nové metodě detekce a studia černých děr. Dosud se vědci spolehli převážně na hmotnost a spin (rotaci) k jejich charakterizaci. Nyní schopnost identifikovat jejich vliv na strukturu časoprostoru přidává další nástroj do arsenálu astronomie.
Jak se technologie teleskopů zlepšuje a naše schopnost analyzovat složitá data roste, vesmír pomalu odhaluje své nejlépe skryté mechanismy. Obraz černé díry, která „tančí“ s časoprostorem, vtahující trosky zničené hvězdy, nám připomíná, že realita tam venku je často podivnější a fascinující než jakákoli teorie.
