Od čias Veľkého tresku nezažil vesmír väčšiu explóziu, gama žiarienie z nej odhalilo unikátne dôkazy

Podľa dlhodobo akceptovanej teórie všetko, čo prejde kritickou hranicou čiernej diery, je navždy stratené za horizontom udalostí, v bode bez návratu. Tiež sa však predpokladá, že rotujúce čierne diery dokážu generovať obrovské množstvo energie, ktorú je teoretický možné extrahovať z ergosféry.

Najnovší vedecký výskum publikovaný periodiku Astronomy & Astrophysics naznačuje, že sme o tejto extrakcii práve získali prvé dôkazy. Na tému upozornil portál ScienceAlert.

Rotujúce čierne diery

Rotujúce čierne diery v porovnaní s nerotujúcimi čiernymi dierami, ktorých horizont udalostí je guľový a ich singularita predstavuje „jeden bod“, majú černe diery s uhľovým momentom otáčania oveľa zložitejšiu štruktúru časopriestoru vo svojom okolí.

Pixabay

Rotujúce čierne diery majú tiež ergosféru, oblasť medzi horizontom udalostí a povrchom medze stability (medza nekonečne veľkého červeného posunu). Niektoré nové teórie, ale i vedecké experimenty hovoria, že práve z ergosféry je možné extrahovať energiu produkovanú rotujúcou čiernou dierou. Najnovšie k týmto teóriám a experimentom podľa autorov štúdie pribudol aj observačný dôkaz.

Ako naznačuje aj dokument publikovaný na webe ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network), vedci sa vo svojej štúdii zamerali na tie najenergickejšie astrofyzikálne zdroje, akými sú záblesky gama žiarenia a aktívne galaktické jadrá.

Vôbec ten najsilnejší záblesk gama žiarenia bol pozorovaný ešte v roku 2019 a hovorilo sa o ňom aj ako o najväčšej explózii vo vesmíre od čias Veľkého tresku. Gama záblesk s označením GRB 190114C k nám prichádzal zo vzdialenosti približne 4,5 miliardy svetelných rokov a jeho energia sa blížila k hodnote až 1 TeV.

„Záblesky gama žiarenia sú najenergickejšie pozorované javy, pri ktorých sa iba za pár sekúnd uvoľní až niekoľko 10⁵⁴ erg,“ uvádza jeden z autorov štúdie Remo Ruffini. „Svietivosť v gama lúčoch je počas tejto udalosti taká veľká, ako svietivosť všetkých hviezd pozorovateľného vesmíru,“ dodal. (Pozn. redakcie: erg jednotka energie v sústave CGS; 1 eV =  1,6×10⁻¹² erg)

Nová práca nadväzuje na vypracovanú staršiu štúdiu, v ktorej popísali vedci „vnútorný motor“ zábleskov gama žiarenia. Teraz sa túto teóriu podarilo vylepšiť a dokázať, že rotačnú energiu čiernej diery možno extrahovať, pričom táto energia sa v skutočnosti využíva na napájanie tých najsilnejších a najenergetickejších udalostí vo vesmíre.

NEPREHLIADNI
Máme plán na získavanie energie z čiernej diery. Pomôže nám prežiť v mŕtvom vesmíre

Proces tvorby zábleskov gama žiarenia

Celé to súvisí s procesom, ktorý už v minulosti vedci označili za binárne poháňanú hypernovu (binary-driven hypernova). Ako už názov napovedá, všetko to začína binárnou sústavou zloženou z uhlíkovo-kyslíkovej a neutrónovej hviezdy.

Na konci svojho životného cyklu, teda v čase, kedy uhlíkovo-kyslíková hviezda prechádza do supernovy a z jej jadra sa stáva ďalšia neutrónová hviezda, je do okolia vyvrhnuté obrovské množstvo hviezdneho materiálu. Časť vyvrhnutého materiálu zo supernovy je pohltená jej spoločníkom, teda neutrónovou hviezdou a časť zostáva v jej okolí.

Tá pohltením tohto materiálu prejde kritickou hmotnostnou hranicou a zrúti sa do čiernej diery, ktorá okamžite ako kanón „vystrelí“ záblesk gama žiarenia. Z jej pólov sa takmer rýchlosťou svetla vyvrhnú prúdy materiálu. Vo výsledku teda vznikne binárna sústava čierna diera – neutrónová hviezda. (Pozn. redakcie: tento proces vedci popisovali vo svojej staršej štúdii a zrejme toto si môžeme predstaviť pod pojmom „vnútorný motor“, ktorý stojí za zábleskom gama žiarenia.)

ESO

Čo hovorí nová štúdia?

V novej štúdii sa vedci pozreli bližšie na to, ako k vyžiareniu gama záblesku dôjde. Zodpovedný by za to mal byť materiál víriaci okolo čiernej diery.

Časť materiálu nachádzajúceho sa v blízkosti čiernej diery je ňou pohlcovaná, ale časť z neho sa podľa autorov štúdie pohybuje pozdĺž línií magnetického poľa okolo vonkajšej strany čiernej diery smerom k jej pólom. Tam je následne materiál vyvrhovaný do vesmíru obrovskými rýchlosťami v podobe výtryskov plazmy.

ESO/L. Calçada

Je potrebné si uvedomiť, že neutrónové hviezdy aj čierne diery majú silné magnetické polia, ktoré svojim spôsobom môžu pôsobiť ako urýchľovač častíc. Takýto „urýchľovač“, respektíve urýchlenie hrá potom dôležitú úlohu aj pri záblesku gama žiarenia, ktorý sprevádza vznik čiernej diery.

V tomto prípade zrejme rotujúca čierna diera interagovala s okolitým magnetickým polom, vytvorilo sa elektrické pole, ktoré urýchľovalo elektróny na vysoké energie, čo viedlo k ultra-vysokému energetickému žiareniu. Ukázalo sa však, že tento proces nie je kontinuálny, ale skôr prerušovaný. Teda opakovane a stále dookola dochádza k uvoľňovaniu veľkého množstva energie čiernej diery

Vedcom sa tiež podarilo zrekonštruovať vznik udalosti GRB 190114C. Všetko nasvedčuje tomu, že aj tento záblesk vznikol práve vyššie popísanými udalosťami, teda z binárnej sústavy uhlíkovo-kyslíková a neutrónová hviezda, pričom prvá zmieňovaná prešla supernovou a nakŕmila neutrónovú hviezdu, ktorá sa premenila na čiernu dieru – celý proces trval iba 1,99 sekundy. Následne zvyšný materiál padal do novovzniknutej čiernej diery, čím sa vytvárali gama záblesky s dĺžkou trvania od 1,99 do 3,99 sekundy.

Nakoniec, keď spadlo dostatočne veľké množstvo materiálu do čiernej diery, začalo vytryskovanie plazmy a vďaka extrakcii rotačnej energie aj k vzniku neuveriteľne energetického gama záblesku.

Čítajte viac z kategórie: Novinky