Výsledky studie, která zpracovávala data získaná největšími radioteleskopy na světě, byly nedávno prezentovány v prestižním odborném časopise The Astrophysical Journal. Pod vedením německé astronomky Silke Britzen z německého Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii zkoumali vědci tzv. blazary, což jsou akreující supermasivní černé díry v centrech galaxií. Blazar je označení pro aktivní jádro galaxie, jehož rychlé výtrysky horké plazmy, tzv. jety, směřují přímo k Zemi. Vědci dokázali, že za pozorovanou proměnlivost blazarů je ve skutečnosti zodpovědná precese jetů, tedy specifický rotační pohyb výtrysků plazmy, který je způsoben buď přítomností druhé masivní černé díry v blízkosti primární, nebo pokřiveným akrečním diskem kolem jediné černé díry.
„Fyzika akrečních disků a jetů je poměrně složitá, ale jejich prostorovou kinematiku lze přirovnat k jednoduchým gyroskopům, které si můžeme představit jako roztočenou dětskou hračku – káču. Pokud na akreční disk působí vnější kroutící moment, například prostřednictvím obíhající sekundární černé díry, dojde k jeho precesi a nutaci (tedy změnám orientace osy a jejímu kolísání) a spolu s ním tento pohyb vykonává i jet, podobně jako u osy rotace Země, kterou ovlivňuje Měsíc a Slunce,“ dodává spoluautor studie Michal Zajaček z Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky PřF MU.
Jedním z nejdůležitějších výstupů této studie je, že zakřivení jetů pravděpodobně vypovídá o existenci binárních černých děr v centru těchto galaxií. Jet je tedy nucen se stáčet v důsledku gravitačního vlivu druhé černé díry na černou díru emitující tyto výrony horké plazmy. Kromě toho se týmu podařilo odhalit stopy nutačního pohybu s menší amplitudou v rádiových světelných křivkách i v kinematice komponent jetu – efekt druhého řádu a další důkaz precese.
Pozorování supermasivních černých děr dosahují nejvyššího možného rozlišení v astronomických pozorováních díky propojení radioteleskopů na velmi velké vzdálenosti pomocí rádiové interferometrie s velmi dlouhou základnou. Jedná se o stejnou techniku, která umožnila v dubnu 2019 v rámci projektu Event Horizon Telescope poprvé zobrazit stín černé díry a pozorovat černou díru o hmotnosti 6,5 miliardy Sluncí v galaxii M87.
Hledání blízkých párů supermasivních binárních černých děr probíhá již několik desetiletí, podle vědců však stále připomíná hledání jehly v kupce sena. „Stále nám chybí dostatečné rozlišení, abychom mohli existenci supermasivních binárních černých děr zkoumat přímo. Zdá se však, že precese jetů poskytuje nejlepší stopu těchto objektů, jejichž existenci očekává nejen komunita odborníků na černé díry / aktivní galaxie, ale také komunita odborníků na gravitační vlny, kteří nedávno publikovali důkazy o existenci kosmického gravitačního pozadí v důsledku gravitačních vln emitovaných při splynutí masivních černých děr v průběhu kosmické historie,“ shrnuje Silke Britzen z Institutu Maxe Plancka.
Supermasivní černé díry se obvykle nacházejí v centrech galaxií. V aktivních galaxiích se předpokládá, že akrece hmoty na centrální černou díru vytváří obrovské množství energie, které může zastínit celou galaxii – tyto centrální oblasti, označované jako aktivní galaktická jádra (AGN), jsou nejsvítivějšími trvalými zdroji ve vesmíru.
Z centrální oblasti supermasivní černé díry jsou pomocí silného magnetického pole vypouštěny prodloužené bipolární proudy plazmatu, tzv. jety. V rámci jetu jsou pozorovány jasné části, tzv. složky jetu neboli rádiové komponenty, které se pohybují podél jetu.
Mezinárodního výzkumného týmu se účastnili vědci z Max Planck Institutu pro radioastronomii v německém Bonu, Masarykovy univerzity v Brně, Výzkumného centra v Mumbaji (Indie), Max Planck Institutu pro Astronomii v Heidelbergu (Německo), Univerzity v Bochumi (Německo), Technické univerzity ve Vídni (Rakousko), observatoře Tuorla (Finsko) a Kolínské univerzity (Německo).
