Výzkumy v ASU AV ČR (92): Mohou neutronové hvězdy za magnetismus černých veleděr?
Černé díry nemohou být podle současných představ samy o sobě zdrojem magnetického pole. Přesto nás pozorování přesvědčují, že černé veledíry v centrech galaxií jsou obklopeny organizovanou magnetosférou. To znamená, že magnetické silokřivky tvoří alespoň zčásti uspořádanou strukturu a nejsou jen tak náhodně a chaoticky propletené. Svědčí o tom mimo jiné vzhled a sama existence rozsáhlých výtrysků hmoty, jakýchsi proudů, které velmi často míří přesně určeným směrem a plyn se v nich pohybuje v úzce kolimovaných svazcích. Vladimír Karas z ASU společně se spoluautory z několika světových institucí navrhují, že by zdrojem tohoto magnetismu mohly být neutronové hvězdy, nořící se pod horizont událostí černé veledíry.
Černé díry ve vesmíru jsou dvou základních typů – ty, které pocházejí z vývoje velmi hmotných hvězd, jejichž hmotnosti jsou srovnatelné s hmotnostmi hvězd, a pak černé veledíry, jejichž hmotnosti jsou přinejmenším sto tisíckrát větší. Tyto temné superhmotné objekty nacházíme nejčastěji v jádrech galaxií a kvasarů. Některé vlastnosti mají obě třídy černých děr společné. Například jsou obaleny tzv. horizontem událostí, což je myšlený povrch, na němž se vyrovnává úniková rychlost s rychlostí světla. Co se děje pod horizontem událostí nevíme, neboť z těchto oblastí nemůže uniknout ani světlo, ani jiná forma signálu. S magnetickým polem je tomu trochu jinak: černé díry by podle všeho neměly mít své vlastní magnetické pole (jako například dipólové pole známé u magnetických hvězd), protože v tomto čistě geometrickém útvaru bez přítomnosti dalších těles nebo vodivého plazmatu netečou elektrické proudy.
V případě černých děr musíme ustoupit od popisu světa klasickou fyzikou a pohroužit se do (složitějších) rovnic obecné teorie relativity. Gravitační a elektromagnetická pole jsou zde spjata systémem Einsteinových-Maxwellových rovnic, což je soustava nelineárních parciálních diferenciálních rovnic, které obecně nelze řešit analyticky. Analytická řešení jsou známa jen pro speciální případy, realistické problémy se však musí řešit numericky s pomocí počítačů. Obecně se soudí, že elektromagnetická pole mají jen slabý vliv na gravitační potenciál kompaktních objektů, a přestože některá řešení připouštějí vznik chaotického malorozměrového magnetismu v těsném okolí černých veleděr, organizovaná pole tímto způsobem vysvětlit nedovedeme.
Vladimír Karas z ASU společně se svými spolupracovníky navrhují model pro organizované pole černé veledíry v centru naší Galaxie, označovanou jako Sgr A*, nebo v jiných galaxiích. Tento pohled je založen na blízké interakci (chce se říci pomalém pohlcování) neutronových hvězd, které se v centrech galaxií očekávají, přestože dosud přímo pozorovány nejsou. Je totiž zřejmé, že i v této oblasti vesmíru se hvězdy vyvíjejí podle stejných zákonitostí a ty hmotné musely v minulosti vybuchnout jako supernovy a zanechat po sobě neutronové hvězdy, dokonce ve velmi značných počtech. Přestože známe jen několik málo podezřelých neutronových hvězd, v této oblasti se jich očekává více než deset tisíc. Tyto neutronové hvězdy pak obíhají centrum galaxie po eliptických drahách, na nichž v důsledku tření mohou postupně spirálovat až k horizontu událostí.
Neutronovým hvězdám organizovaná magnetická pole zakázána nejsou, naopak, jsou jim přímo vlastní. Vždyť podstatou tzv. pulsarů, vytrvalých kosmických majáků, jsou právě procesy v magnetických polích rychle rotujících neutronových hvězd. Vůbec nejsilnější známá magnetická pole najdeme okolo tzv. magnetarů, což je opět zvláštní třída neutronových hvězd. Je tedy dost dobře možné, že v takovém prostředí je centrální černá veledíra doslova ponořena v organizovaném filamentárním magnetickém poli, které dokonce proniká horizontem událostí. Podstatné však je, že toto pole vzniká vně černé veledíry a do výsledného tvaru je formováno mimo jiné efekty obecné teorie relativity.
Zmíněná hypotéza byla představena na nedávných červnových konferencích v Římě a v Praze. V současnosti má charakter konceptu – k ucelené teorii zbývá ještě kus cesty. Nicméně provedené výpočty naznačují, že tento scénář by mohl vysvětlit dočasně přítomnou komponentu uspořádaného magnetického pole s indukcí kolem jednoho gaussu v těsném okolí horizontu událostí, což je zároveň v souhlasu s dostupnými pozorováními.
REFERENCE
Karas, V. a kol., Plunging neutron stars as origin of organised magnetic field in galactic nuclei, Contrib. Astron. Obs. Skalnaté Pleso v tisku, preprint arXiv:1705.09820
KONTAKT
prof. RNDr. Vladimír Karas, DrSc.
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR
Email: vladimir.karas@asu.cas.cz
Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU
Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.