Černé díry patří k nejtajemnějším objektům ve vesmíru. Svůj ponurý název získaly kvůli tomu, že z jejich nitra neuniká žádné záření, což je způsobeno jejich obrovskou gravitací. 

Září však okolí černých děr, ze kterého padá materiál do jejich chřtánů, a výtrysky šířící se od děr do vesmíru.

Část hmoty směřující do černé díry tam nikdy nespadne. Namísto toho jsou některé částice katapultovány do polárních výtrysků. Ty prýští pryč od černé díry kolmo k rovině disku jako výtrysky.

Černé díry, jejichž výtrysky míří přímo na Zemi, se nazývají blazary. Jsou to jedny z bolometricky nejjasnějších objektů na obloze. A právě ty pomohly vědcům lépe poznat, proč černé díry září.

Vysvětlení podal unikátní teleskop

Po desetiletí vědci přemýšleli, jak se částice ve výtryscích urychlují na rychlost blízkou rychlosti světla.

Vesmírný teleskop IXPE (Imaging X-Ray Polarimetry Explorer), který provozuje americká agentura NASA, pomohl astronomům najít odpověď. Z analýzy jeho dat dospěli vědci k závěru, že vysvětlením zrychlení částic je rázová vlna uvnitř výtrysku.

Teleskop vypuštěný v prosinci 2021 poskytuje zvláštní druh dat, která nebyla nikdy předtím dostupná. Tato nová data zahrnují polarizaci rentgenového záření.

IXPE tedy zaznamenává směr a intenzitu pole vln, které tvoří rentgenové záření. Informace o orientaci elektrického pole v rentgenovém záření a rozsahu polarizace jinak nejsou teleskopy na Zemi dostupné, protože atmosféra naší planety rentgenové záření z vesmíru pohlcuje.

Teleskop IXPE pozorující blazar Markarian 501. Vložený obrázek ukazuje vysokoenergetické částice (modré). Když částice narazí na rázovou vlnu (bílý pruh), vybudí se a při zrychlení vyzařují rentgenové záření. Poté, co se vzdálí od výboje, vyzařuje záření s nižší energií. Nejprve viditelné, pak infračervené, a nakonec rádiové vlny. Dál od výboje jsou magnetické siločáry chaotičtější, což způsobuje turbulenci v proudu částic. | zdroj: NASA

Teleskop IXPE pozoroval blazar Markarian 501, který se nachází 460 milionů světelných let od Země. Vědci přitom srovnávali svá pozorování s počítačovými modely předpovídajícími chování výtrysků.

„Vyřešili jsme 40 let starou záhadu. Konečně jsme dali dohromady všechny kousky skládačky a obrázek, který jsme vytvořili, je přehledný,“ cituje web NASA Yannise Liodakise z Finského centra pro astronomii a hlavního autora studie o výtryscích z blazarů publikované v magazínu Nature Astronomy.

Mišmas, nebo řád?

Záření uvnitř výtrysků vzniká v okamžiku, kdy se materiál disku nachází v bezprostřední blízkosti horizontu událostí černé díry (prostředí kolem černé díry, ze kterého není možné vyslat ven žádný signál).

Tyto částice padají do černé díry ve vysokých rychlostech a kdykoli některé musejí změnit dráhu, třeba vlivem magnetického pole, část své energie vyzáří.

Tento jev je už dlouho znám. Nebyl však jasný důvod, proč některé částice ve výtrysku zpomalují a jiné naopak zrychlují.

Existovaly pro to dvě hlavní teorie. Podle první je prostředí ve výtryscích mišmaš částic a magnetických polí, podle druhé za rychlost výtrysků může rázová vlna vznikající při nárazu částic rychlejších do částic pomalejších.

První teorie by se projevila náhodnou polarizací částic ve výtrysku, zatímco druhý způsob by byl uspořádaný, což by mělo u částic za následek i jejich blízkou polarizaci.

Známe další dílek mozaiky

Data z teleskopu IXPE naznačují, že platí druhá teorie – za rychlostí výtrysků je rázová vlna vznikající při nárazu částic rychlejších do částic pomalejších. Pozorovaný směr polarizace byl pro všechny vlnové délky stejný a zarovnaný se směrem výtrysku. To je v souladu s modelem vzniku rázové vlny.

Fungování černých děr je tedy o něco jasnější, ale ani zdaleka to neznamená, že jsou tyto tajemné objekty dokonale popsány.