Velmi hmotné hvězdy (nad 20 Sluncí) žijí poměrně krátce a končí jako černé díry. Podle některých odhadů by v Galaxii podobných černých děr mohly být až desítky milionů. Zatím jsme ale nenašli ani dvě desítky. Nejbližší se nachází asi 1000 parseků (1 parsek je 3,26 světelných let) daleko. Modely naznačují, že několik černých děr může být v okruhu jen 300 světelných let od nás, některá možná jen pár desítek světelných let.
Nedostatek známých černých děr má logickou příčinu – černá díra má tak velkou gravitaci, že ji neunikne ani světlo, takže není vidět. Když odmyslíme novinku v podobě pozorování černých děr, máme jedinou možnost – pozorovat vliv černé díry na okolí.
Většina současných černých děr byla objevena díky tomu, že se nachází v těsném binárním systému. Černá díra obíhá okolo společného těžiště s hvězdou, kterou požírá za emisí rentgenového a rádiového záření. Podobné konfigurace jsou však vzácné a to už jen z toho důvodu, že zhroucení hvězdy do podoby černé díry předchází (obvykle) výbuch supernovy, který může hvězdu odmrštit, nebo zničit.
Vědci by rádi objevovali tiché samostatné černé díry, ale to nebude tak jednoduché. V nové studii se věnovali možnosti objevu kompromisu – černých děr, které jsou součástí binárního systému, ale hvězda se od černé díry nachází trochu dál, takže nedochází k jejímu požírání.
Pokud chceme najít „něco“, co obíhá okolo „něčeho“, tak máme docela štěstí. Ve vesmíru máme na tuto problematiku experta v podobě družice TESS. Jejím hlavním úkolem je objevovat exoplanety, ale mimo to nachází hnědé trpaslíky či zákrytové dvojhvězdy. Podle autorů studie existuje hned několik efektů, které by mohla TESS pozorovat.
Efekt čočky
Pokud před hvězdou přechází planeta, zastíní část hvězdného kotoučku a jasnost hvězdy poklesne. Na tomto principu je založený lov exoplanet tranzitní metodou, kterou využívá TESS a předtím třeba dalekohled Kepler.
V případě černé díry se stane přesný opak. Gravitace černé díry ohne a zesílí světlo hvězdy. Astronomové tomu říkají gravitační mikročočka a běžně to pozorují – obvykle jsou ale čočkující a čočkované těleso tisíce světelných let od sebe. Ale to nevadí. Astronomové už pozorovali v datech z kosmického dalekohledu Kepler zesílení světla hvězdy gravitací něčeho méně hmotného, než je černá díra – bílého trpaslíka, který obíhal okolo čočkované hvězdy (viz galerie).
Ragbyový míč
Pokud se černá díra nachází poblíž hvězdy, tak její gravitace hvězdu „natahuje“. Místo téměř dokonalé koule bude hvězda podobná ragbyovému míči. Jak se deformovaná hvězda otáčí okolo své osy, je k nám nakloněna menší či větší části svého povrchu, což se opět projeví v její jasnosti.
Dilatace času
Existuje ale ještě relativistická možnost. Jak hvězda obíhá kolem černé díry, světlo, které pozorujeme, zažije dilataci času. Opět se to projeví ve změnách jasnosti hvězdy.
Gravitační mikročočka bude pozorovatelná pouze v okamžiku, kdy se černá díra pohybuje před hvězdou. Metoda je také kvůli poměru signál x šum vhodnější na binární systémy, které se nachází jen několik stovek parseků od nás. Další dva jevy jsou pozorovatelné v průběhu celého oběhu a lze jimi najít černé díry do vzdálenosti až 1 000 parseků.
Počty černých děr, které může TESS najít, je velmi obtížné odhadnout. Může jít o jednotky. Dokonce i v případě, že TESS žádné černé díry nenajde, nemusíme nutně mluvit o neúspěchu. Znamenalo by to, že černé díry nejsou v binárních systémech tak běžné, jak se očekávalo.
TESS postupně sleduje hvězdy na jižní a severní polokouli. Do vesmíru odstartovala v dubnu 2018. Příští rok v létě skončí její hlavní mise a začne prodloužená mise. Pozorovací čas poté bude ještě více otevřen i „neexoplanetárním“ oborům.
Zdroj: Astrobites, Arxiv
