Astronomové přišli s měřením rychlosti rotace obří černé díry. Točí se ďábelsky rychle. Mohlo by to pomoci objasnit, jak vznikají galaxie.
Některé galaxie mají ve svém středu obří černé díry. Mohou dosahovat hmotností i miliónů našich Sluncí. Jak stárnou, přitahují další a další hmotu. Je jim jedno co: mezihvězdný plyn, celé hvězdy i další černé díry. Rostou.
Když do černých děr padá plyn, vyzařuje energii. Vzniká velmi jasné aktivní galaktické jádro. Jedno takové, patřící spirální galaxii NGC 1365, která je od nás 56 miliónů světelných let, pozoroval tým astronomů, vedený Guidem Risalitim z astrofyzikální observatoře v italském Arcetri. Používali k tomu kosmický rentgenový teleskop NuSTAR.
Výsledky bádání zveřejnili v časopise Nature. Podařilo se jim vypočítat rychlost rotace, přesněji moment hybnosti, černé díry v jádru. Moment hybnosti černé díry je zajímavý hned ze dvou důvodů. Předně je to jedna z pouhých tří věcí, které se o ní dají zjistit. Podle představ současné fyziky stačí k popisu všech černých děr jen jejich hmotnost, elektrický náboj a moment hybnosti.
Žádné další fyzikální vlastnosti se jich netýkají. Nedávno zesnulý americký fyzik John Wheeler to popsal frází "Černé díry nemají vlasy." Jakmile znáte zmíněné tři vlastnosti černé díry, víte o ní všechno, co můžete v principu zjistit. Nejsou jako lidé s různými účesy. Druhý důvod je možná pro někoho zajímavější. Rotace černé díry může posloužit jako záznamník formování galaxií, jemuž astronomové dosud moc nerozumějí.
Relativistická houpačka
Velký moment hybnosti naznačuje, že černá díra vyrostla během jednoho nebo několika pravidelných záchvatů gravitačního hladu místo neustálého náhodného přísunu hmoty. Prý se to dá přirovnat k houpání na houpačce. Kopáním nohama se člověk může víc rozhoupat, to je známá věc. Záleží ale na tom, jakým způsobem kope. Kdybyste kopali jen tak náhodně v různých směrech, moc vám to nepomůže. Pokud ale vykopnete co nejvíc pokaždé, když se houpačka začíná pohybovat dolů, je to jiná.
Pohybujete se výš a výš. Moment hybnosti černé díry v jádru galaxie NGC 1365 vycházel jako minimálně 84 procent maximální teoreticky povolené hodnoty. Její hranice se tedy musí pohybovat rychlostí blízké rychlosti světla. Černá díra rostla spíš pravidelnými pulsy než náhodným sbíráním hmoty. Jak vědci moment hybnosti určili?
Červený posuv
Zatím nejlepší popis gravitace, který má lidstvo k dispozici, je obecná teorie relativity. Podle ní hmota ohýbá prostor. Rotující černá díra mění vlastnosti prostoru okolo sebe jinak, než černá díra, která se netočí. Podle výpočtů astrofyziků by měl být disk plynu, jenž padá do rotující černé díry, vlivem odlišného zakřivení prostoru o něco blíž jejímu středu. Dá se to poznat ze světla, které vyzařuje.
Světlo je vlnový jev. Má určitou frekvenci, počet kmitů za sekundu. Gravitace zpomaluje čas, což je experimentálně ověřeno. Pro pozorovatele, který je níž v gravitačním poli, běží čas pomaleji než pro pozorovatele, který je výš. Do jedné sekundy se mu vejde méně kmitů. Frekvence světla určuje jeho barvu. Čím je vyšší, tím je světlo modřejší. Čím je nižší, tím je červenější.
Světlo, které k nám přichází z větší blízkosti zdroje silného gravitačního pole, by mělo být červenější. Přesně tak to bylo i se světlem z jádra galaxie NGC 1365. Prokázat to ale nebylo jednoduché. Podobné efekty mohou vzniknout i vzájemným ovlivňováním více vrstev plynu. Měření ze starších teleskopů, třeba z další orbitální družice Chandra, ho nemohla vyloučit. Povedlo se to až teď s použitím dat z NuSTARu
