Černá díra od nás vyslala záblesk, ale její intenzivní gravitace přesměrovala výbuch zpět naším směrem
V roce 1916 Albert Einstein dokončil svou Teorii obecné relativity, cestu, která začala v roce 1905 jeho pokusy uvést do souladu Newtonovy vlastní teorie gravitace se zákony elektromagnetismu. Jakmile byla Einsteinova teorie dokončena, poskytla jednotný popis gravitace jako geometrické vlastnosti vesmíru, kde masivní objekty mění zakřivení časoprostoru a ovlivňují vše kolem nich.
A co víc, Einsteinovy rovnice pole předpověděly existenci černých děr, objektů tak masivních, že z jejich povrchu nemůže uniknout ani světlo. GR také předpovídá, že černé díry budou ohýbat světlo ve své blízkosti, což je efekt, který mohou astronomové využít k pozorování vzdálenějších objektů. Na základě této techniky se mezinárodnímu týmu vědců podařil bezprecedentní výkon při pozorování světla způsobeného rentgenovým zábleskem, ke kterému došlo za černou dírou .
Tým vedl Dr. Dan Wilkins, astrofyzik s Kavliho institut pro částicovou astrofyziku a kosmologii na Stanfordské univerzitě a členem NASA Einstein. Připojili se k němu badatelé z Saint Mary’s University v Halifaxu , Nové Skotsko; a Ústav pro gravitaci a kosmos na Pennsylvania State University a SRON Nizozemský institut pro výzkum vesmíru .
Diagram ukazující, jak extrémní gravitace černé díry způsobí, že rentgenová ozvěna bude viditelná z její vzdálené strany. Kredit: ESA
Pomocí ESA XMM-Newton a NASA NuSTAR pomocí vesmírných teleskopů Wilkins a jeho tým pozorovali jasné rentgenové záblesky pocházející z okolí supermasivní černé díry (SMBH) umístěné v centru I Zwicky 1 – spirální galaxie nacházející se 1800 světelných let od Země. Astronomové neočekávali, že to uvidí, ale kvůli extrémní gravitaci SMBH (která pochází z 10 milionů hmotností Slunce) byly erupce zezadu viditelné pro XMM-Newton a NuSTAR.
Objev byl učiněn v průběhu průzkumu, jehož cílem bylo dozvědět se více o jasném a tajemném rentgenovém světle, které obklopuje horizont událostí černé díry. Tato „korona“ (jak se jí přezdívá) je považována za výsledek plynu, který nepřetržitě padá do černé díry a vytváří kolem ní rotující disk. Jak se prstenec urychluje na rychlost blízkou rychlosti světla, zahřívá se na miliony stupňů a vytváří magnetická pole, která se stáčejí do uzlů.
Nakonec se tato pole zkroutí do té míry, že prasknou a uvolní veškerou energii, která je v nich uložena. Tato energie je poté přenesena do hmoty v okolním disku, který vytváří „korónu“ vysokoenergetických rentgenových elektronů. Rentgenové záblesky byly poprvé viditelné pro Wilkins a jeho tým jako světelné ozvěny, které se odrážely od dopadajících částic plynu, které se nahromadily na tváři černé díry.
V tomto případě byla pozorovaná rentgenová erupce tak jasná, že některé rentgenové paprsky svítily dolů na disk plynu dopadajícího do černé díry. Jak světlice ustupovaly, teleskopy zachytily slabší záblesky, což byly ozvěny světlic odrážejících se od plynu za černou dírou. Světlo z těchto záblesků bylo ohnuto intenzivní gravitací černé díry a stalo se viditelným pro dalekohledy, i když s mírným zpožděním.
Observatoř ESA XMM-Newton byla spuštěna v roce 1999 za účelem studia mezihvězdných zdrojů rentgenového záření. Kredit: ESA
Tým byl schopen rozeznat, odkud rentgenové záblesky pocházejí, na základě specifických „barev“ světla (jejich specifické vlnové délky), které vyzařovaly. Barvy rentgenových paprsků, které přicházely z odvrácené strany černé díry, byly mírně změněny extrémním gravitačním prostředím. Když k tomu přidáme fakt, že rentgenové ozvěny jsou vidět v různých časech podle toho, odkud se na disku odrážely, obsahují spoustu informací o dění kolem černé díry.
Výsledkem bylo, že tato pozorování nejen potvrdila chování předpovídané Obecnou teorií relativity, ale také umožnila týmu poprvé studovat procesy odehrávající se za černou dírou. V blízké budoucnosti chce Wilkins a jeho tým tuto techniku použít k vytvoření 3D mapy okolí černé díry a ke zkoumání dalších záhad černých děr. Wilkins a jeho kolegové chtějí například vyřešit záhadu, jak koróna vytvořila tak jasné rentgenové záblesky.
Tyto mise se budou i nadále spoléhat na vesmírný dalekohled XMM-Newton a také na rentgenovou observatoř nové generace navrhované ESA, známou jako Pokročilý dalekohled pro astrofyziku vysokých energií (ATHENA). Tyto a další vesmírné teleskopy, které mají být vypuštěny v nadcházejících letech, slibují odhalit mnohem více o částech vesmíru, které nevidíme, a vrhnout více světla do jeho mnoha záhad.