Výzkumy na AsÚ AV ČR (9): Hvězda v prachové obálce v okolí černé veledíry
V roce 2002 byl na snímcích okolí centra naší Galaxie objeven prachový oblak, který dostal označení G2. O deset let později se ukázalo, že oblak míří po vysoce eliptické dráze k samotnému centru Galaxie, kde sídlí černá veledíra o hmotnosti asi 4 milionů sluncí. Fyzikální podstata tohoto oblaku však doposud není známa. M. Zajaček, diplomant V. Karase z AsÚ, se věnoval mimo jiné i simulacím průletu hvězd zahalených v oblaku prachu kolem černých veleděr. Zřejmou motivací byla předpověď chování oblaku G2 po jeho průletu.
Většina galaxií má ve svých jádrech černé veledíry, obří objekty s hmotnostmi přesahujícími milion hmotností Slunce. Tyto veledíry nasávají (odborně akreují) materiál ze svého okolí, který spiráluje pod horizont událostí veledíry. Uvolněná potenciální energie je vyzářena v tvrdých oblastech spektra, procesy v padajícím materiálu jsou zdrojem i rádiového záření. Vzhledem k nerovnoměrnosti rozložení materiálu v okolí černých veleděr je záření svědčící o akreci tohoto materiálu v čase velmi proměnné.
Nám nejbližším zástupcem této skupiny astrofyzikálních objektů je přirozeně centrum naší Galaxie, které na obloze souhlasí s pozicí rádiového zdroje označovaného jako Sgr A*. Z označení je patrné, že jde o první rádiový zdroj objevený v souhvězdí Střelce. Tento zdroj má tři části, přičemž nejjasnější z nich je kompaktní objekt rozlišený onou hvězdičkou v označení. Odhaduje se, že z těsného okolí Sgr A* v průměru pohltí pouze jednu stotisícinu hmotnosti Slunce ročně, což je o mnoho řádů méně než spolykají jádra skutečně aktivních galaxií. I záření Sgr A* je v čase proměnné, což svědčí o epizodické akreci hmoty.
Otázkou zůstává, v jaké formě je tento materiál k veledíře dopravován. Když byl objeven oblak G2 a především zjištěno, že projde blízko Sgr A*, objevila se otázka, zda se nejedná o typický způsob dopravy materiálu v případě málo aktivních jader. Podstata oblaku G2 však zásadním způsobem mění průletové scénáře. O oblaku se totiž zatím z pozorování ví pouze to, že jde o prašný objekt (s přebytkem infračerveného záření), který pericentrem dráhy proletí v roce 2014. M. Zajaček a jeho kolegové studovali tři možné scénáře: buď je G2 skutečně jen mlhovinou, nebo může ve svém středu obsahovat horkou hvězdu, jež je zcela zahalena do prašného obalu a není tedy pozorovatelná, nebo dokonce dvojhvězdu. Zejména dva posledně jmenované scénáře jsou pro astronomy velmi atraktivní, protože kromě transportu materiálu pro nakrmení černé díry přispívá ještě jedné záhadě galaktického centra. Najdeme zde totiž velké množství mladých horkých hvězd (tzv. S hvězd), které zde nemohly vzniknout, neboť pro tyto účely zde není k dispozici dostatek materiálu. Různá vysvětlení podstaty G2 oblaku však znamenají také různé celkové hmotnosti prašného objektu a především různé množství odevzdaného materiálu.
Scénář objektu G2 s hvězdou se zprvu jevil jako spíše nepravděpodobný, avšak v současné době se k němu začíná přiklánět stále více expertů. Důvodem je právě dosavadní nízká, nezvýšená aktivita černé veledíry (Sgr A*) během průchodu objektu G2 pericentrem své dráhy (viz nová pozorovatelská data publikovaná v astronomických telegramech: ATEL #6110 a #6285), což se zdá být v nesouladu s předpověďmi modelu s oblakem a naopak v souladu s hypotézou o hvězdě.
Model použitý M. Zajačkem v sobě zahrnuje gravitační i negravitační působení, plynnou i prachovou složku a také vliv záření hvězd. Výsledky simulace ukazují, že průběh průchodu G2 kolem černé veledíry se zásadně liší pro jednotlivé scénáře. Zatímco v bezhvězdném scénáři je oblak při průchodu pericentrem roztrhán slapovými silami, v případě scénáře s hvězdou způsobují slapové síly deformaci objektu a převážná část materiálu je veledírou od hvězdy odsáta, část však přecijen průlet přečká a od hvězdy odtržena není. Zajímavý je i dvojhvězdný scénář, neboť při průletu kolem Sgr A* může dojít k slapovému rozpadu dvojhvězdy, přičemž jedna ze složek by zůstala na blízké orbitě Sgr A*, zatímco druhá by získala únikovou rychlost a odletěla pryč. Je zajímavé, že destrukce prachové obálky černou veledírou by byla v případě dvojhvězdného scénáře účinnější než v případě samotinké zahalené hvězdy.
Získané výsledky mají obecnou platnost, diskutovány jsou nejrůznější možné scénáře, jež závisí pouze na parametrech studovaného systému černá díra—nalétající oblak. Aktuálně sledovaný oblak G2 však velmi dobře posloužil jako testovací exemplář. Model astronomů z AsÚ tedy dává jasné předpovědi na chování oblaku G2 po průchodu pericentrem. Bude oblak zničen? Bude odhaleno hvězdné jádro? Nebo se snad v těsné blízkosti Sgr A* rozpadne dvojhvězda? Uvidíme v následujících měsících.
Reference: Zajaček, M., Karas, V. a Eckart, A., Dust-enshrouded star near supermassive black hole: predictions for high-eccentricity passages near low-luminosity galactic nuclei, Astronomy & Astrophysics 565 (2014) A17, arXiv:1403.5792
Kontakt: Mgr. Michal Zajaček, michal_zajacek@yahoo.com