Mapování galaktického centra v prostoru a čase

/ 26.05.2025 /

Galaxie je náš vesmírný domov. Každý atom našeho těla pochází totiž z popela hvězd, které byly její součástí. Galaxie je obrovský hvězdný ostrov s průměrem asi 100 000 světelných let, čítající stovky miliard hvězd. RNDr. Michal Zajaček, Dr. rer. nat., nás zavedl do jejího samotného středu, který byl dlouhou dobu velikou neznámou. Ve viditelném světle je totiž dokonale skryt za temnými mezihvězdnými oblaky. Jen asi milióntina viditelného světla prochází z centrální oblasti až k nám… Teprve rozvoj infračervené astronomie, například na Evropské jižní observatoři, nebo v poslední době pomocí dalekohledu Jamese Webba, umožnil těmito oblaky lépe prohlédnout a spatřit tlukoucí srdce naší Galaxie ve škále zhruba o velikosti naší Sluneční soustavy. V tomto spektrálním oboru k nám z centra Galaxie přichází asi 10% světla. V okolí centrální supermasivní černé díry tak nyní můžeme vidět velmi čile se pohybující blízké hvězdy, z jejichž trajektorií lze určit i hmotnost této černé díry.

Struktury v jádře naší Galaxie jsou navázány na větší struktury, které je obklopují. Centrální výduť naší spirální galaxie má tvar poměrně velké příčky o délce asi 10 000 světelných let. Tato příčka umožňuje ve větší míře vertikální pohyb plynu v Galaxii a určuje také pohyb plynu v samotném centru Galaxie.

V okolí jádra Galaxie se také vyskytuje největší koncentrace plynu v rámci celé naší Galaxie. V oblasti veliké přibližně 100 parseků (asi 300 světelných let) se nachází tzv. centrální molekulová zóna. Jednotlivá molekulová mračna o hmotnosti asi milion hmotností Slunce, která jsou součástí centrální molekulové zóny, dávají vznik novým hvězdám, zřejmě také díky působení centrální černé díry. Jsou zde tři nejmasivnější hvězdokupy v Galaxii. Rovněž jsou zde patrné bubliny vzniklé po výbuších supernov a filamenty uspořádané podle indukčních čar galaktického magnetického pole. V okolí jádra má magnetické pole tvar dipólu, zatímco dále v Galaxii je toroidální. Celkově je v centrální molekulové oblasti množství plynu ekvivalentní desítkám až stovkám milionů hmotnosti Slunce. Kdybychom se nacházeli v této části Galaxie, obloha by doslova překypovala miliony hvězd, přičemž některé by zářily jasně jako Měsíc…

Co je překvapivé, když se blížíme v centrální hvězdokupě k samotnému jádru, v blízkosti centrální černé díry se vyskytují velice mladé hvězdy staré jen několik milionů let. Je záhadou, jak se v prostotu asi jednoho světelného roku, mohly tyto hvězdy tak rychle a najednou zformovat, protože černá díra by měla tvorbě hvězd ve svém bezprostředním okolí spíše bránit. Rychlé hvězdy obíhající centrální supermasivní černou díru nazýváme „S hvězdy“ a dnes již máme k dispozici asi 40 na sobě nezávislých řešení k určení hmotnosti centrální černé díry, která činí lehce přes 4 miliony hmotností Slunce. Skupina kolem Dr. Zajačeka se na MUNI zaměřila na studium právě těchto hvězd a podařilo se jim dokonce najít nové hvězdy s extrémně krátkou oběžnou dobou pod 10 let. Tyto hvězdy jsou pak ideální pro nezávislé ověření platnosti Einsteinovy teorie relativity. Na MUNI objevili dokonce i rekordmana, hvězdu S4716, která oběhne centrální černou díru jen za 4 roky a přibližuje se k ní na vzdálenost pouhých 98 astronomických jednotek! Zajímavé je také studium dvojhvězd, které se díky blízkosti černé díry mohou rozpadnout, přičemž jedna z hvězd je gravitačně vymrštěná jako hyperrychlá hvězda dokonce i mimo samotnou Galaxii do mezigalaktického prostoru.

Kromě toho v posledních letech byly v centrální oblasti Galaxie objevené i tajemné zaprášené tzv. G objekty. Zřejmě se nejedná o oblaky, jak se původně předpokládalo, ale o populaci „zaprášených“ hvězd. Díky objevu velice zajímavé dvojhvězdy D9 obíhající centrální černou díru se na MUNI zřejmě podařilo objasnit podstatu těchto objektů. Na dlouhých časových škálách, v řádu milionů let, blízká černá díra způsobí splynutí obou složek nejen této, ale i dalších dvojhvězd a tak zřejmě vznikají záhadné načervenalé G objekty.

V závěrečné části přednášky jsme se přesunuli tak trochu v čase a diskutovali o tom, zda centrum naší Galaxie mohlo být v minulosti aktivnější a zda se mohlo projevovat jako kvasar. Na obrazech centra naší Galaxie v záření gama jsou patrné bipolární výdutě. Je docela dobře možné, že tyto „bubliny“ souvisí se strukturou kolimovaných výtrysků plazmy, tzv. jetů z centrální černé díry, které mohly být v minulosti mnohem nápadnější než dnes. Před několika miliony roky se obří okolní oblaka mezihvězdné látky možná ocitla v těsné blízkosti černé díry a začala akreovat. Právě tehdy mohla být centrální supermasivní černá díra mnohem aktivnější než dnes a možná u ní mohl existovat i jet. Je dokonce možné, že krátkodobě svítil akreující materiál více než celý zbytek Galaxie dohromady! Podobné útvary pozorujeme i v jiných aktivních galaxiích, nicméně u naší Galaxie je problém v tom, že tento výtrysk z okolí centrální černé díry by pravděpodobně mířil přibližně směrem k nám a tak se bohužel dost nesnadno pozoruje. Tento jet mohl také ovlivnit blízké hvězdy v okolí jádra.

Význam studia centra naší Galaxie spočívá především v tom, že se jedná o nejbližší galaktické jádro. Je vzdálené pouhých 26 000 světelných let, což je 100x blíž než centrum nejbližší sousední velké galaxie (M31) a asi 500x blíže než centrum nejbližší aktivní galaxie. Vzhledem k tomu, že již temná oblaka mezihvězdné látky v rovině naší Galaxie dokážeme moderními prostředky s vysokým rozlišením prohlédnout, naskýtá se nám vyhlídka jako z první řady.

Přednáška Dr. Michala Zajačeka byla neobyčejně zajímavá mimo jiné také proto, že prezentovala výsledky jeho vlastního výzkumu.

Obraz jádra naší Galaxie v rádiovém oboru spektra zobrazující molekulové oblaky a bubliny jako stopy po výbuších supernov a také svislé filamenty zářící synchrotronním zářením uspořádané podle indukčních čar galaktického magnetického pole. V pravém horním rohu je zvětšený snímek z Webbova vesmírného dalekohledu, jehož část bylal použita jako podklad k prospektu této přednášky.

V astrofyzice nelze nic odhadovat. Všechny výsledky, se kterými nás Dr. Zajaček seznámil, vznikly na základě pozorování špičkovými přístroji a matematickým modelováním. A výsledek je doslova dechberoucí. Když člověk zavře oči, připadá si, jako by v jádře Galaxie doopravdy byl.

RNDr. Michal Zajaček, Dr. rer. nat. u černé díry na hvězdárně ve Ždánicích. Jedinečnost této černé díry spočívá v tom, že uprostřed ní je dokonce patrná singularita!