Cygnus X-1: prvá objavená čierna diera

  • Marcel Škreka | 21 December 2011
    Stelárna astronómia
Umelecká predstava Cygnus X-1. Čierna diera strháva hmotu zo sesterskej hviezdy do akrečného disku. Obrázok: Chandra X-ray Observatory/NASA
Hovorí sa, že z čiernej diery nemôže nič uniknúť, no o štruktúre týchto objektov sa veľa nevie. Tímu astronómov sa teraz podarilo rekonštruovať históriu čiernej diery od jej zrodu spred 6 miliónov rokov. Čierna diera je súčasťou tesného binárneho systému pozostávajúceho z čiernej diery a hmotnej modrej hviezdy, ktorý bol objavený ako zdroj röntgenového žiarenia pred takmer pol storočím.

Na ľavej časti obrázka je Cygnus X-1 (vyznačený červeným štvorcom) nachádzajúci sa blízko rozsiahlej oblasti tvorby hviezd. V danej vzdialenosti zaberá snímka po šírke 700 ly. Na pravej časti vidíme umelecké zobrazenie systému Cygnus X-1 zblízka. Cygnus X-1 je hviezdnou čiernou dierou, ktorá vznikla kolapsom hmotnej hviezdy. Čierna diera odsáva materiál zo susednej horúcej hviezdy, ktorý sa formuje do podoby rotujúceho disku. Hmota z disku buď padá na čiernu dieru, alebo je odklonená do výtryskov prúdiacich od pólov čiernej diery.

cygx1_420.jpg

Credit: Optical: DSS; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

Pomocou rádiových ďalekohľadov VLBA bola trigonometrickými meraniami veľmi presne určená vzdialenosť systému na 6070 ly, ktorá zapadla medzi predchádzajúci odhad 5800 až 7800 ly. Zo vzdialenosti sa dá vypočítať svietivosť objektu, ktorá je podstatná pri ďalšom určení hmotností rozmerov a teplôt zložiek a periódy rotácie čiernej diery.

Vieme, že jasnosť klesá s druhou mocninou vzdialenosti. Zo Stefan-Boltzmanovho zákona (svietivosť hviezdy je úmerná druhej mocnine jej polomeru a štvrtej mocnine teploty), môžeme vypočítať polomer hviezdy. K určeniu hmotností zložiek je potrebné poznať orbitálne rýchlosti a rozmery dráh. Orbitálna rýchlosť hviezdy sa dá vypočítať zo spektra, pomocou radiálnych rýchlostí. Musíme však poznať sklon jej dráhy.

Gravitácia čiernej diery deformuje sprievodcu do tvaru kvapky. Pri obehu preto vidíme  rôzne veľkú časť jeho povrchu, čo vedie k zmenám zdanlivej jasnosti hviezdy, z čoho je možné určiť sklon dráhy hviezdy. V tomto prípade ale nevieme, do akej miery je hviezda deformovaná, preto aj určenie sklonu a tým pádom aj veľkostí a hmotností zložiek nie sú presné. Z optických pozorovaní pohybu sesterskej hviezdy okolo ťažiska sústavy bola hmotnosť čiernej diery vypočítaná na 14,8 násobok hmotnosti Slnka.

Z röntgenových pozorovaní satelitov Chandra, RXTE a ASCA bola s vysokou presnosťou odvodená perióda jej rotácie. Horizont udalostí (oblasť spod ktorej nemôže z čiernej diery nič uniknúť) rotuje 800 krát za sekundu, čo je blízko jeho teoretickej maximálnej rýchlosti.

Rádiové pozorovania ďalekohľadmi VLBA v rokoch 2009 až 2010 umožnili zmerať vlastný pohyb Cygnus X-1 v Galaxii. Z pomalého pohybu systému astronómovia usúdili, že čierna diera nie je produktom výbuchu supernovy, ale pozostatok po tmavom kolapse hviezdy s počiatočnou hmotnosťou viac ako 100 Sĺnk, ktorá strácala hmotnosť prudkým hviezdnym vetrom. Pri asymetrickom výbuchu supernovy je jeho pozostatok vymrštený veľkou rýchlosťou zo systému. Ak hviezda v tesnom systéme exploduje a stratí dostatok hmoty, sú obe zložky odvrhnuté približne rovnakými rýchlosťami v opačných smeroch. Cygnus X-1 je ale neporušený.

Je zaujímavé, že máme toľko informácií o tomto objekte veľkosti asteroidu, ktorý je tisíce svetelných rokov ďaleko. Astronómovia majú omnoho viac informácií o tejto čiernej diere ako o ktorejkoľvek inej v Galaxii.