Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 16 – vyšlo 20. května, ročník 21 (2023)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Neobvyklý kvazar z Kentaura

Petr Kulhánek

KvazaryKvazar – objekty objevené v roce 1963, mají malé úhlové rozměry (<1″) a obrovský zářivý výkon v celém spektru (10³⁵ až 10⁴⁰ W). Kvazary se nacházejí ve velkých kosmologických vzdálenostech, jejich světlo je poznamenáno rozpínáním vesmíru a spektrum je výrazně posunuté k červenému konci. Energetická bilance odpovídá vyzařování celých galaxií. Jde o zárodky budoucích galaxií, v jejichž středu se nachází obří černá díra s charakteristickým výtryskem hmoty. jsou extrémně svítivé objekty v kosmologických vzdálenostech. Jejich objev v roce 1963 byl velkým překvapením. Dnes panuje shoda v tom, že jde o záření z okolí velmi hmotných černých děrČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. v jádrech rodících se galaxií, tedy jde o jeden z typů galaktických aktivních jaderAGN – Active Galactic Nuclei, aktivní jádra galaxií. Tato jádra produkují netepelné pulzní UV a RTG záření, v centru sídlí velmi hmotná černá díra obklopená akrečním diskem (n ~ 10¹⁶ cm^-3, T ~ 10⁵ K, B ~ 0,2 T). Přepojení silokřivek magnetického pole je doprovázeno ohřevem elektronů až na 10⁹ K a rentgenovým či gama zábleskem. Existuje celá řada galaxií s aktivními jádry, například Seyfertovy galaxie, linery, blazary a kvazary.. Detaily mechanizmu vyzařování, které probíhá v celém elektromagnetickém spektru – od rádiových až po rentgenové emise – nejsou ale zcela prozkoumány. Objev relativně blízkého a mimořádně svítivého kvazaru může proto přinést tak dlouho očekávaný posun ve znalostech těchto stále poněkud mysteriózních objektů.

Kvazar – objekty objevené v roce 1963, mají malé úhlové rozměry (<1″) a obrovský zářivý výkon v celém spektru (10³⁵ až 10⁴⁰ W). Kvazary se nacházejí ve velkých kosmologických vzdálenostech, jejich světlo je poznamenáno rozpínáním vesmíru a spektrum je výrazně posunuté k červenému konci. Energetická bilance odpovídá vyzařování celých galaxií. Jde o zárodky budoucích galaxií, v jejichž středu se nachází obří černá díra s charakteristickým výtryskem hmoty.

AGN – Active Galactic Nuclei, aktivní jádra galaxií. Tato jádra produkují netepelné pulzní UV a RTG záření, v centru sídlí velmi hmotná černá díra obklopená akrečním diskem (n ~ 10¹⁶ cm^-3, T ~ 10⁵ K, B ~ 0,2 T). Přepojení silokřivek magnetického pole je doprovázeno ohřevem elektronů až na 10⁹ K a rentgenovým či gama zábleskem. Existuje celá řada galaxií s aktivními jádry, například Seyfertovy galaxie, linery, blazary a kvazary.

Černá díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují.

SMSS – SkyMapper Southern Survey, jižní přehlídka oblohy prováděná dalekohledem SkyMapper australské observatoře Mount Stromlo. Plně automatizovaný dalekohled má průměr zrcadla 1,35 metru a v provozu je od roku 2008 v Novém jižním Walesu. Pracuje na vlnové délce 325 nanometrů a k největším objevům patří nejstarší známá hvězda J0313 (2014) a blízký extrémně svítivý kvazar J1144 (2022).

Objev kvazaru J1144

Nový kvazar byl objeven systematickou celooblohovou přehlídkou SMSSSMSS – SkyMapper Southern Survey, jižní přehlídka oblohy prováděná dalekohledem SkyMapper australské observatoře Mount Stromlo. Plně automatizovaný dalekohled má průměr zrcadla 1,35 metru a v provozu je od roku 2008 v Novém jižním Walesu. Pracuje na vlnové délce 325 nanometrů a k největším objevům patří nejstarší známá hvězda J0313 (2014) a blízký extrémně svítivý kvazar J1144 (2022). v roce 2022 v optickém oboru. Dalekohled o průměru 1,35 metru skenuje oblohu v australském Novém jižním Walesu od roku 2008. Každý snímek zobrazí 5,7 čtverečních stupňů jižní oblohy. Vizuální magnitudaMagnituda – někdy též zdánlivá magnituda, logaritmická míra jasnosti objektu, m = −2,5 log J. Tato definiční rovnice se nazývá Pogsonova rovnice (zavedl ji anglický astronom Norman Pogson v roce 1856). Koeficient je volen tak, aby hvězdy s rozdílem pěti magnitud měly podíl vzájemných jasností 1:100. Znaménko minus v definici je z historických důvodů. Magnitudy takto vypočtené odpovídají historickému dělení hvězd do šesti skupin (nula nejjasnější, 5 nejméně jasné pozorovatelné okem). Nejjasnější hvězda na severní polokouli Arcturus má magnitudu −0.05, nejjasnější hvězda celé noční oblohy, Sírius, má magnitudu –1.6. Relativní magnituda vypovídá o skutečné jasnosti hvězdy na obloze, která kromě svítivosti závisí také na vzdálenosti hvězdy. Rozlišujeme bolometrickou magnitudu (v celém spektru) a vizuální magnitudu (pouze ve viditelném spektru). kvazaru je 14,5, patří tedy k relativné jasným objektům. Celý název se skládá ze zkratky celooblohové přehlídky a souřadnic: SMSS J114447.77–430859.3, jeho jméno je ale zkracováno na zapamatovatelnější J1144. Červený kosmologický posuvKosmologický posuv – posuv spektrálních čar k červenému konci spektra díky rozpínání vesmíru. Při rozpínání dochází nejen ke vzájemnému vzdalování galaxií, ale i k prodlužování vlnových délek záření. Spektrum vzdálených objektů ve vesmíru se tak jeví posunuté směrem k červené až infračervené oblasti. Kosmologický červený posuv je definován předpisem z = (λ − λ₀)/λ₀, kde λ₀ je vlnová délka spektrální čáry v okamžiku vyslání paprsku, λ je vlnová délka téže spektrální čáry v okamžiku zachycení paprsku. Malé kosmologické červené posuvy lze interpretovat pomocí Dopplerova jevu. U velkých posuvů závisí vzdálenost objektu na parametrech expanze vesmíru (Hubbleově konstantě, křivosti, procentuálním zastoupení temné energie atd.) a není jednoduché z naměřeného kosmologického posuvu vzdálenost přesně určit. Proto se většinou časové období udává pouze hodnotou naměřeného kosmologického posuvu. spektrálních čar je 0,83, čemuž odpovídá přibližně vzdálenost 9 miliard světelných roků. Většina objektů tohoto typu je v podstatně větších vzdálenostech od Země. Relativní blízkost umožní detailní studium tohoto kvazaru. Dosavadní analýza elektromagnetického signálu ukázala, že celkový vyzařovaný výkon je řádově 100×10¹² Sluncí a jde o extrémně svítivý kvazar v porovnání s jinými podobnými objekty. Je například osmkrát svítivější než první objevený kvazar 3C 273 ze souhvězdí Panny. Velká svítivost blízkého kvazaru nebyla ale jediným překvapením. Nejzajímavější je proměnlivá intenzita signálu. Periodicita má dvě různé složky – první je v rocích a odpovídá jí až desetinásobná změna intenzity signálu, druhá je jen ve dnech a odpovídá jí 2,7 násobná změna intenzity. U tak obrovských objektů, jakými jsou kvazary, jsou krátkodobé změny jasnosti velmi zvláštní. Obecně platí, že by změny měly časově odpovídat průchodu signálu napříč celým objektem. Periodicita ve dnech je proto zcela atypická a vyžaduje další podrobnější výzkum.

Dalekohled SkyMapper pořizuje celooblohovou přehlídku jižní oblohy SMSS
již od roku 2008. Zdroj: Mont Stromlo Observatory.

Poloha kvazaru J1144 v souhvězní Kentaura. Kvazar je vzdálený 9 miliard sv. roků.
Mapa: IAU, Sky & Telescope, Roger Sinnott, Rick Fienberg.

Další charakteristiky

Největším překvapením byl velmi intenzivní rentgenový signál vycházející z kvazaru J1144. Je zvláštní, že ho astronomové nezachytili mnohem dříve. Skupina vědců z Institutu Maxe Plancka pro extraterestriální fyziku (MPEMPE – Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, pobočka německého Ústavu Maxe Plancka zaměřená na kosmickou fyziku se sídlem v Garchingu u Mnichova.), spolu s pracovníky z USA, Itálie a Francie, analyzovala data ze čtyř rentgenových přístrojů –observatoří eROSITAeROSITA – německý rentgenový dalekohled umístěný na palubě rusko-německé observatoře Spektr-RG, která od roku 2019 operuje v bodě L2 soustavy Země-Slunce. Přístroj má hmotnost 810 kg, sestává ze sedmi zrcadlových modulů se sedmi nezávislými kamerami. Moduly obsahují celkem 54 vnořených pozlacených zrcadel. Celkový průměr je 2,6 metru a použitelný rozsah 0,2 až 10 keV., SwiftSWIFT – The Swift Gamma-Ray Burst Explorer. Gama observatoř NASA, která byla vynesena na nízkou oběžnou dráhu 20. 11. 2004 pomocí nosné rakety DELTA 7320. Družice je především určena pro pozorování záblesků gama. Řádově sekundy po detekci záblesku je schopna předat data o poloze pozemským observatořím, které mohou zkoumat dosvit záblesku a hledat případný optický protějšek. Hlavní přístroj BAT (Burst Alert Telescope) v oboru 15÷150 keV je doplněn RTG dalekohledem XRT (X-Ray Telescope) v oboru 0,3÷10 keV a UV/V dalekohledem UVOT (UV/Optical Telescope) v oboru 170÷650 nm., XMM-NewtonXMM-Newton – X ray Multi Mirror, rentgenový dalekohled na oběžné dráze (Evropská rentgenová observatoř). Jeho hlavní součástí jsou tři systémy soustředných pozlacených zrcadel o celkové ploše 120 m². Evropská kosmická agentura (ESA) vypustila do vesmíru observatoř XMM-Newton 10. prosince 1999 z paluby rakety Ariane 5. a NuSTAR. Na základě nových dat byl zpřesněn odhad hmotnosti centrální černé díry, ten poklesl z původních deseti miliard Sluncí na 3×10⁹ Sluncí, tj. 750× více, než má černá díra v centru naší Galaxie, ale „jen“ polovina hmotnosti černé díry v centru galaxie M 87 v Panně, jejíž okolí bylo podrobně zobrazeno soustavou radioteleskopů EHTEHT – Event Horizont Telescope, spojení osmi radioteleskopů a jejich polí do celosvětového přístroje. Projekt pochází z roku 2012 a v roce 2019 poprvé vyfotografoval bezprostřední okolí černé díry v centru galaxie M87. Součástí jsou tyto přístroje: ALMA (Atacama Large Millimeter Array), APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), SPT (South Pole Telescope), JCMT (James Clerk Maxwell Telscope), SMA (Submillimeter Array), SMT (Submillimeter Telescope), LMT (Large Millimeter Telescope) a třicetimetrový radioteleskop IRAM (Institute for Radio Astronomy in the Millimeter Range) na Pico Veleta. v roce 2019. Ukázalo se, že centrální černá díra v kvazaru J1144 intenzivně interaguje s okolím. Nasává do sebe obrovské množství látky, první odhad je zhruba stovka slunečních hmotností za rok. To je nejvyšší hodnota ze všech známých kvazarů. Tok ale není jen jednostranný, z okolí černé díry proudí intenzivní vítr částic, který zaplavuje celou hostitelskou galaxii.

Relativně blízký kvazar má tedy hned několik zvláštností: je mimořádně svítivý, svítivější než jeho vzdálenější protějšky, pohlcuje zatím největší známé množství látky z okolí, vydává proměnlivý tok elektromagnetického signálu s periodicitou ve dnech, což je pro kvazary zcela neočekávané, a zaplavuje své okolí intenzivním černoděrovým větrem. Další výzkum tohoto zajímavého blízkého kvazaru nám může pomoci lépe pochopit procesy probíhající v aktivních galaktických jádrech.

Obří černá díra pohlcující materiál hostitelské galaxie

Umělecká vize obří černé díry pohlcující materiál hostitelské galaxie.
Zdroj: Andrzej Wojcicky, Science Photo Library, Corbis.

Odkazy