Supermasivní černá díra patří největším divům vesmíru. Hustý, neviditelný objekt, jehož hmotnost je v řádu desítek miliard větší než hmotnost našeho Slunce, obklopuje obrovský, zářící a burácející disk materiálu, který se po spirále stáčí do jeho chřtánu.

Navzdory obrovskému rozsahu a silnému záření prstence z rozptýleného materiálu, kterému říkáme akreční disk, je obtížné zmapovat materiál v okolí černé díry, kterou terminátor požírá. Příčinou je velká vzdálenost, která nás od supermasivních černých děr dělí.

Poprvé se to podařilo týmu, který vede Denimara Dias dos Santos z Národního institutu pro kosmický výzkum v Brazílii. Astronomové zmapovali akreční disk, jehož hmotnost dosahuje stovek milionů hmotností Slunce, až do vzdálenosti 52 světelných dnů od černé díry. Černá díra, kterou disk obklopuje, leží v galaxii III Zw 002, která je od nás vzdálena 22 milionů světelných let.

Jako vinylová deska na gramofonu

Během svého pozorování, které popisují v časopise The Astrophysical Journal Letters, astronomové analyzovali záření z okolních galaxií a hledali znaky, které naznačují přítomnost akrečního disku.

Jedním z těchto znaků je „dvojitý pík“ (vrchol) v emisním spektru, který vzniká jako důsledek rotace. Emise je světlo, které je vyzařováno, když vybuzený atom ztrácí energii. Tato energie se projevuje jako záře, jejíž vlnová délka závisí na prvku atomu.

Obrázek s grafem ukazující akreční disk kolem černé díry a dvojí vrchol emise. | zdroj: Kredit-NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

Akreční disk kolem černé díry se dá popsat jako vinylová deska otáčející se na gramofonu. Jedna část disku se pohybuje směrem k vám, druhá část se směrem od vás. Část disku, která se pohybuje směrem k nám, způsobuje, že se vlnové délky zkracují; zatímco se vzdalující se část způsobuje prodlužování vlnové délky.

To znamená, že emise určitého prvku se objevuje na dvou vlnových délkách, což vytváří dvojitý vrchol.

Tyto dvojité vrcholy v okolí supermasivních černých děr byly zaznamenány už dřív, ale předchozí pozorování pocházely ze zón blízko černých děr, známých jako „oblast úzkých čar“. Proto neposkytly informace o celém rozsahu akrečního disku.

Jak hodují černé díry 

Dias dos Santos a jeho spolupracovníci pomocí dat z teleskopu Gemini North, který stojí na sopce Mauna Kea na ostrově Havaj, nalezli dva dvojité vrcholy – a oba nepocházely z oblasti úzké čáry. Objevily se mnohem dál od černé díry, v oblasti „široké čáry“ akrečního disku. Byl to první objev dvojitých vrcholů v široké čárové oblasti.

„Objev takových dvojitých profilů s píky poprvé pevně určuje geometrii oblasti kolem supermasivní černé díry, kterou jinak není možné měřit. Nyní máme obrázek o vnitřní struktuře aktivní galaxie a o tom, jak se černá díra vlastně živí,“ cituje magazín Science Alert astrofyzika Alberta Rodrigúeze-Ardilu, jednoho z autorů studie.

První dvojitý vrchol z vnitřní části oblasti širokých čar byl vodík. Nacházel se ve vzdálenosti 16,77 světelného dne od černé díry. Druhý patřil kyslíku a pocházel z okrajové části oblasti vzdálené 18,86 světelného dne od černé díry. 

Z modelování, které astronomové provedli, vyplývá, že oblast širokých čar sahá do vzdálenosti 52,43 světelného dne od černé díry. To je 9 000násobek vzdálenosti Země od Slunce.

Tým galaxii nadále sleduje, aby zjistil, zda její průběžné chování odpovídá jejich předpovědím.

„Tento objev odhaluje fascinující jevy, které se odehrávají v okolí supermasivních černých děr v aktivních galaxiích,“ říká k výzkumu astronom Rodríguez-Ardila.