Obvykle se za „zlatý věk“ teoretické fyziky černých děr považuje období, které trvá od objevu Royem Kerrym v roce 1963, jehož řešení popisující rotující černou díru, až po zjištění Stephena Hawkinga o vypařování černých děr v roce 1973. Práce několika fyziků a matematiků té doby dopomohly přesně vymezit, co se rozumí pod pojmem černá díra v rámci obecné teorie relativity a také jejich hlavní vlastnosti – jako slavný teorem o růstu plochy horizontu černých děr, který vymyslel Hawking.
Stále jsme však daleko od úplného pochopení černých děr, ale můžeme pokládat hypotézu, že jsme na začátku nového věku fyziky a především astrofyziky černých děr, od doby, kdy před deseti lety došlo k přímému detekování gravitačních vln na Zemi vyprodukovaných sloučením hvězdných černých děr. Další krok v této oblasti astronomie by se měl uskutečnit v horizontu let 2030 s detekcí v prostoru gravitačních vln z fúze supermasivních černých děr misí eLISA.
Příspěvek radioastronomie k nové éře astrofyziky
Další významný příspěvek k této nové éře astrofyziky černých děr přišel také během poslední dekády z radioastronomie. Mezi výsledky patří samozřejmě obrázky stínu horizontu událostí supermasivních černých děr poskytnuté spoluprací Event Horizon Telescope (EHT). V dnešní době můžeme také hovořit o prvních rádiových snímcích dvou supermasivních černých děr obíhajících kolem sebe, které byly odhaleny ve shromážděných datech ruského Hubbleova teleskopu, známého jako satelit RadioAstron.
Tyto dvě černé díry se nacházejí v quazaru OJ287. Na levé straně je teoretický diagram, který vypočítal Lankeswar Dey, ukazující umístění černých děr a vyzařované proudy během fotografování. Na pravé straně je část snímku pořízeného systémem, zahrnující satelit RadioAstron, kde dva dolní jasné body představují rádiové emise obou černých děr, a horní bod představuje proud menší černé díry. Ta je znázorněna přerušovanou čarou na levém diagramu, zatímco černé díry jsou zobrazeny jako body. © University of Turku
Quazar s hmotností 18 miliard slunečních hmotností
Jak ukazuje článek publikovaný v The Astrophysical Journal, avšak také v přístupné verzi na arXiv, tyto snímky se týkají OJ 287. Jedná se o quazar nacházející se přibližně 3,5 miliardy let od naši Mléčné dráhy směrem k souhvězdí Raka. Jeho existence je dána přítomností jednoho z nejhmotnějších pozorovaných černých děr, které obsahuje zhruba 18 miliard slunečních hmotností.
Technicky se jedná o typ aktivní galaxie pojmenovaný po typickém objektu BL Lacertae. Ten je navíc blazarem, což znamená, že se jedná o supermasivní černou díru, jejíž proud materiálu a záření směřují téměř k nám. Další zvláštností je, že není sám. Druhá černá díra, rovněž supermasivní, avšak obsahující pouze 150 milionů slunečních hmotností (Mléčná dráha má přibližně 4 miliony slunečních hmotností), obíhá velmi blízko kolem ní.
Orbita a vliv menší černé díry
Tato druhá černá díra dokončuje svou orbitu za pouhých 12 let, ale tato trať je nakloněna nad rovinu akrečního disku obklopujícího hlavní černou díru a podléhá precesnímu pohybu, podobně jako Merkur kolem Slunce, což je dáno teorií obecné relativity. Menší černá díra tak prochází dvakrát akrečním diskem během období 12 let, přičemž spouštění událostí může být rozloženo na období jednoho až deseti let, jak je ilustrováno v přiloženém videu.
Každý průchod akrečním diskem způsobí náhlý výbuch, který čtyřikrát zintenzivní jasnost quazaru po dobu 48 hodin, jako by se najednou rozsvítilo miliarda hvězd, což překračuje jasnost Mléčné dráhy. Tato světelná erupce byla pozorována astronomy už od roku 1888.
Mezinárodní výzkum a RadioAstron
Analýzy snímků OJ 287 jsou výsledkem výzkumu mezinárodního týmu astrofyziků, mezi nimiž jsou členové Univerzity v Turku ve Finsku, kteří k této příležitosti zveřejnili prohlášení. Mauri Valtonen vysvětluje: „Poprvé se nám podařilo získat snímek dvou černých děr obíhajících jednu kolem druhé. Na tomto snímku jsou černé díry identifikovány podle intenzivních proudů částic, které vyzařují. Samotné černé díry jsou naprosto černé, ale mohou být detekovány těmito proudy částic nebo žhavým plynem je obklopujícím.“
Přidal: „Obrázek dvou černých děr byl pořízen díky systému rádioteleskopů včetně satelitu RadioAstron. Byl v provozu před deseti lety, když byl OJ287 fotografován. Rádiová anténa satelitu se nacházela v polovině cesty mezi Zemí a Měsícem, což značně zlepšilo rozlišení snímku. V posledních letech jsme mohli používat pouze pozemní teleskopy, jejichž rozlišení je horší.“
RadioAstron byl rádioteleskop s průměrem zrcadla 10 metrů, který byl vypuštěn z kosmodromu Bajkonur v Kazachstánu, odkud také odstartovali Jurij Gagarin a Valentina Terechkova. I když byl ve vesmíru, umožnil provádět syntézu aperatur s pozemními rádioteleskopy. Použitím této interferometrii techniky bylo možné získat ekvivalent rádioteleskopu, jehož průměr zrcadla může činit tisíce kilometrů a ještě více, když se RadioAstron nacházel na eliptické dráze s apogeem 360 000 kilometrů. Tímto způsobem bylo možné dosáhnout rozlišení tisíckrát většího než Hubbleovo rozlišení v oblasti viditelného spektra!
Pohled na quasary a jejich vliv
Před přibližně padesáti lety technika zakrývání umožnila určit odpovídající obraz v oblasti viditelného spektra tehdy na pouhé fascinující rádiové zdroje, jako je 3C 273. Když astronom Maarten Schmidt, nizozemský astronom, provedl spektrální analýzu světla této hvězdy, odhalil s úžasem silně červeně posunuté emisní čáry vodíku.
Tímto způsobem se 3C 273 objevila ve viditelném spektru jako hvězda, ačkoli tento výsledek implikoval, že se nachází mimo Mléčnou dráhu, na kosmické vzdálenosti. Aby byla pozorovatelná z takové dálky, musela by mít objekt fantastickou jasnost. Brzy byly objeveny další kvazary, což bylo značení uvedené astrofyzikem čínského původu Hong-Yee Chiu v roce 1964. Dnes jich známe více než 200 000.
Astrofyzikové se od počátku snažili pochopit povahu těchto těles, která, i když uvolňovala obrovské množství energie, se zdála být malá. Zprvu se domnívali, že se může jednat o obrovské hvězdy dominované efekty obecné relativity, které jsou odpovědné za spektrální posun, než rychle zvažovali, že jde o supermasivní černé díry akreující velké množství plynu.
V bestiáři relativistických těles, která začala být vážně zkoumána během 60. let, někteří, jako ruský Igor Novikov a izraelský Yuval Ne’eman, dokonce navrhli, aby kvazary byly ve skutečnosti bílými dírami. To znamená, že se mohou jednat o oblasti vesmíru, jejichž expanze během Velkého třesku byla opožděna (hypotéza opožděného jádra), nebo o druhém konci červí díry, které vyhazovaly hmotu, již absorbovaly ve formě černých děr do jiné části kosmu nebo dokonce do jiného vesmíru.
