Astronomové pomocí dalekohledu Event Horizon Telescope (EHT) získali dosud nejpodrobnější pozorování binárního supermasivního systému černých děr nacházejícího se v kvasaru OJ287, vzdáleném 1,6 miliardy světelných let. Studie odhaluje dosud nevídané chování výtrysků emitovaných těmito kosmickými obry, což otevírá nové okno do složité fyziky, která řídí tato extrémní prostředí.
Zakřivené trysky a dynamika rázových vln
EHT, známý zobrazováním prvních černých děr (M87 v roce 2019 a Sagittarius A v roce 2022), se nyní zaměřuje na studium výtrysků černých děr – silných proudů energie a částic vyvržených rychlostí blízkou rychlosti světla. Pozorování OJ287 ukázala dvě rázové vlny řítící se proudem různými rychlostmi. Klíčové zjištění: Tyto vlny interagují s nestabilitou v okolních magnetických polích a vytvářejí zakřivený, vysoce strukturovaný výtrysk, který se nepodobá ničemu, co jsme dosud viděli.
To je důležité, protože tryskáče nejsou jen náhodné světlice; jejich struktura obsahuje vodítka o chování černé díry a fyzice kolem ní. Pozorovaný tvar spirály v kombinaci se změnami polarizace potvrzuje, že výtrysk je prostoupen spirálovým magnetickým polem, což je základní vlastnost, která byla teoretizována, ale nikdy předtím nebyla přímo vizualizována.
Rychlé změny a nečekaný pohyb
Tým pořídil snímky OJ287 s odstupem pouhých pěti dnů v dubnu 2017, což dokumentovalo dramatické změny ve struktuře a polarizaci jetu. Jedná se o nejkratší časové období, za které byly takové změny pozorovány, což poskytuje bezprecedentní pohled na to, jak se tyto systémy vyvíjejí. Pozorované změny neodpovídají stávajícím modelům založeným na tryskové precesi, což naznačuje, že rázové vlny a nestabilita hrají kritičtější roli, než se dříve myslelo.
Data ukazují, že kinetická energie dominuje magnetické energii ve vnitřních oblastech výtrysku, což způsobuje Kelvin-Helmholtzovy nestability – víry, které se stáčí a deformují proudění výtrysku. To vysvětluje pozorovaný nebalistický pohyb částic uvnitř výtrysku, to znamená, že se nepohybují přímočaře, jak se očekávalo u jednodušších modelů. Místo toho sledují chaotickou, ale předvídatelnou trajektorii tvarovanou magnetickými poli a rázovými vlnami.
Unikátní laboratoř pro fyziku černých děr
OJ287 je ideální systém pro tato pozorování, protože jeho supermasivní černé díry pravidelně vybuchují v prudkých výbuchech. Díky tomu je přirozenou laboratoří pro studium dynamiky černých děr. Výsledky EHT potvrzují, že rázové vlny interagují s nestabilitami, zvýrazňují spirální strukturu magnetického pole a generují pozorované polarizační oscilace.
“Tyto protirotace jsou nezvratným důkazem,” řekl vedoucí výzkumného týmu Jose L. Gomez. “Když komponenty rázové vlny interagují s Kelvin-Helmholtzovou nestabilitou, osvětlují různé fáze spirální struktury magnetického pole a vytvářejí polarizační oscilace, které pozorujeme.”
Studie zdůrazňuje rostoucí schopnost EHT posunout se za hranice jednoduchého zobrazování a do oblasti podrobné fyzikální analýzy. Je potvrzeno, že data s vysokým rozlišením mohou vizualizovat nestability, rázové vlny a magnetická pole v akci, což posiluje naše chápání těchto mocných jevů.
Tato nová pozorování zdokonalí teoretické modely výtrysků černých děr a nabídnou pohled na to, jak se z těchto kosmických motorů uvolňuje energie a jak se vyvíjejí galaxie.
