V roce 2018 byl objekt označen za nezajímavý a jeho analýza byla zklamáním. Až nový pohled v roce 2023 odhalil, že se tým dívá na 10 miliard let starou katastrofu gigantických rozměrů.
Astronomické přehlídky oblohy čas od času zaznamenají událost, jejíž plný význam se ukáže až s odstupem. To je případ objektu J2245+3743. Robotický teleskop jej poprvé spatřil v roce 2018, ale „co je skutečně zač“, to se zjistilo až o pět let později.
Tým vědců vedený Matthewem J. Grahamem z Kalifornského technologického institutu dospěl k závěru, že se dívá na událost vzdálenou přibližně 10 miliard světelných let. Jde o záblesk z aktivního jádra galaxie, který svým nejvyšším jasem — odpovídajícím 10 bilionům Sluncí — překonal všechny dosud pozorované jevy tohoto typu. Uvolněná energie podle studie autorů zveřejněné v časopise Nature Astronomy odpovídá energii, jakou bychom získali po přeměně celého našeho Slunce na záření podle známé Einsteinovy rovnice E = mc2. Podle vědců nejspíše během události černá díra roztrhala mimořádně „narostlou“ hvězdu.
Dlouhé prověřování
Příběh tohoto objevu se začal psát v roce 2018, kdy automatizovaný systém ZTF (Zwicky Transient Facility) — v podstatě robotický teleskop, který má sledovat velkou část oblohy najednou způsobem, který by člověk „nestíhal“ — zaznamenal nový jasný bod na obloze. Událost zařazená do hvězdářských katalogů jako AT 2018cym zpočátku nevypadala výjimečně. Když na ni tým Matthewa Grahama zaměřil 5,1m Haleův dalekohled na téže observatoři, aby o ní získal přesnější údaje (spektrum vyzařovaného záření), výsledek byl podle Grahamova vyjádření pro časopis Nature spíše zklamáním. Objekt nevypadal tak zajímavě, jak doufali.
Klíčový moment přišel až o pět let později, v roce 2023. Astronomové si povšimli, že záření slábne pomaleji, než by se čekalo, a objekt zůstává neobvykle jasný. Rozhodli se proto pro podrobnější analýzu pomocí výkonnějších přístrojů Keckovy observatoře na Havaji.
Až jeho údaje ukázaly, že objekt je od nás velmi, velmi vzdálený: světlo z galaxie J2245+3743 k nám letělo přibližně 10 miliard let. Aby byl objekt na takovou vzdálenost vůbec viditelný, musela být jeho skutečná svítivost enormní. Následné výpočty potvrdily, že jde o nejjasnější zaznamenaný záblesk svého druhu, ve špičce 20—40× svítivější než jakýkoli dříve ze zhruba stovky detekovaných záblesků podobného typu.
 |
| Tento umělecký koncept zobrazuje supermasivní černou díru v procesu drcení hmotné hvězdy — nejméně 30× hmotnější než naše Slunce — na kusy. Vědci se domnívají, že se to stalo v okolí vzdálené černé díry označované jako J2245+3743, která se v roce 2018 dramaticky zjasnila a vytvořila nejjasnější vzplanutí černé díry, jaká kdy byla zaznamenána, zářící světlem 10 bilionů Sluncí. Toto je pravděpodobně nejmasivnější událost drcení hvězd (formálně nazývaná událost slapové disrupce neboli TDE), která kdy byla pozorována, a jedna z mála, k nimž došlo v aktivním galaktickém jádru (AGN), což je aktivní supermasivní černá díra, která se „živí“ materiálem z okolního disku. Ohromující vzplanutí bylo objeveno zařízením Zwicky Transient Facility (ZTF) se sídlem na observatoři Palomar v Caltechu a projektem Catalina Real-Time Transient Survey pod vedením Caltechu © Caltech / R. Hurt (IPAC) |
Co se tam stalo
Svítivost a celková vyzářená energie jsou enormní: cca 1054 ergů. Tento údaj většině z nás nic pochopitelně mnoho neřekne. Ale jak už bylo napsáno, je to zhruba stejně, jako kdybychom dokázali veškerou hmotu Slunce dokonale proměnit v energii (tedy záření).
A abychom zůstali u našeho přirovnání se Sluncem: během jevu se celkově uvolní za relativně krátkou dobu několika let 1 000× více energie, než Slunce vyzáří za celou dobu své existence — tedy během 10 000 000 000 (tj. miliard) let. Což pochopitelně staví astronomy před otázku, jaký fyzikální proces mohl něco takového způsobit.
„Běžný výbuch supernovy, byť jde o jednu z nejenergetičtějších událostí ve vesmíru, na vysvětlení takového množství energie zdaleka nestačí, a to několik řádů,“ říká Vladimír Karas, ředitel Astronomického ústavu Akademie věd.
Jako nejpravděpodobnější scénář tak vědcům vychází takzvané slapové roztrhání hvězdy (TDE — tidal disruption event). Nejde o novou myšlenku; teorii, jak by supermasivní černá díra mohla svou gravitací zničit hvězdu, která se k ní příliš přiblíží, předložil astrofyzik J. G. Hills již v roce 1975. Tento mechanismus později podrobně rozpracoval britský astronom Martin Rees.
Princip je následující: pokud se hvězda dostane do těsné blízkosti supermasivní černé díry, gravitační síla působící na bližší stranu hvězdy je nepoměrně větší než síla působící na její odvrácenou stranu. Tento rozdíl v přitažlivosti, známý jako slapová síla, hvězdu natáhne a nakonec roztrhá na proud materiálu. Část této hmoty skončí vymrštěna směrem pryč od černé díry, ale zbytek je zachycen její gravitací, začne ji obíhat, přičemž se extrémně zahřeje a prudce zazáří. Právě takový proces by mohl být zdrojem pozorovaného záblesku.
Samotné slapové roztrhání je vzácnou událostí. „V galaxii, jako je ta naše, k ní může dojít v průměru jednou za deset tisíc let,“ říká Vladimír Karas. Astronomové proto dosud objevili jen několik málo možných případů takové události (ne vždy je možné přesně určit původ takových záblesků).
Přehlušil vše
Obvykle se po nich pátrá v jiném typu prostředí. Jádro takzvaných „aktivních“ galaxií, jako je právě J2245+3743, je samo o sobě bouřlivé a jasné prostředí, kde černá díra neustále pohlcuje velké množství plynu. Běžný signál slapového roztrhání by v tomto „šumu“ zanikl. Snažit se jej tam najít je podobné jako zkoušet zaslechnout pád špendlíku uprostřed všeobecného hovoru. A tak vědci po podobných případech „smrti“ hvězd pádem do černé díry pátrají v klidných galaxiích (tzv. neaktivních).
Jenže záblesk z roku 2018 nebyl pádem špendlíku. Byl natolik silný, že mnohonásobně překonal aktivní jádro galaxie. To nás přivádí zpět k otázce energie. Aby se jí uvolnilo tolik, musela být podle výpočtů týmu roztržená hvězda skutečně mimořádná. Nešlo o hvězdu podobnou našemu Slunci, ale o obra s hmotností snad zhruba 30× vyšší.
Tady se obě specifika jevu — aktivní galaxie a obří hvězda — spojují. Autoři studie totiž nabízejí vysvětlení, že právě v hustých a materiálem bohatých akrečních discích, které krmí aktivní černé díry, mohou hvězdy vznikat, nebo dokonce dodatečně „bobtnat“ tím, že pohlcují plyn z okolí. Prostředí, které je pro hvězdu smrtelně nebezpečné, ji tak paradoxně může nejprve pomoci „vykrmit“ do obřích rozměrů, než ji nakonec samo zničí.
Zpomalený pohled do minulosti
Pozorování jevu má i další zvláštnosti, které nesouvisí přímo se samotným procesem zániku hvězdy, ale s časem a místem, kde k němu došlo. Vzhledem k tomu, že jej pozorujeme z takové dálky, nedíváme se jen do minulosti, ale sledujeme celý děj výrazně zpomaleně. Vzdálenost 10 miliard světelných let znamená, že vesmír se od té doby, co bylo světlo vyzářeno, značně rozepnul. Toto rozpínání prostoru „natáhlo“ vlnovou délku světla, které k nám dorazilo — a s ním natáhlo i samotný čas.
„Je to fenomén zvaný kosmologická dilatace času,“ vysvětlil situaci vedoucí týmu Matthew Graham. „Jak světlo putuje expandujícím prostorem, aby k nám dorazilo, jeho vlnová délka se natahuje, stejně jako samotný čas.“ Konkrétně to v tomto případě znamená, že sedm let našeho pozorování na Zemi odpovídá zhruba dvěma rokům, které uplynuly v galaxii J2245+3743. Jinými slovy, astronomové sledují tuto vesmírnou hostinu přibližně čtyřnásobně zpomalenou. Což je pochopitelně pro vědce přínosem. Mají mnohem více času pozorovat jednotlivé fáze události.
Ta přitom podle všeho ještě neskončila. Jak poznamenal Graham, hvězda stále ještě nebyla zcela pohlcena. Pozorování tak připomíná „pohled na rybu, která je teprve napůl v tlamě velryby“. Astronomové budou objekt monitorovat i nadále, aby zjistili, zda se třeba nerozsvítí znovu, až zbytky hvězdy dorazí do okolního plynu a prachu.
Robotizovaná věda
Objev takto extrémní události není jen kuriozitou pro zápis do rekordních tabulek. Je především ukázkou toho, jak se mění samotná astronomie. Jak jsme už zmínili, teoreticky byl jev popsán už v 70. a 80. letech. „Co se změnilo, nejsou ani tak teorie, jako spíš pozorovací možnosti,“ říká Vladimír Karas.
Éra osamělého astronoma hledícího do okuláru dalekohledu je pryč. Místo toho nastoupily automatizované prohlídky oblohy, jako je právě ZTF (zwicky transient facility), která rekordní záblesk objevila.
Jde o robotické systémy, které noc co noc systematicky skenují obrovské části oblohy a jejich výkonné algoritmy porovnávají aktuální snímky se staršími. Hledají cokoliv, co se změnilo — co zjasnělo, pohaslo nebo se pohnulo. Lidský faktor přichází na řadu až ve chvíli, kdy automatizovaný systém ohlásí anomálii, kterou je třeba prověřit.
Právě tato „robotizace astronomie“ umožňuje sbírat a analyzovat obrovské množství dat, které by lidský pozorovatel nikdy nemohl zpracovat. Díky tomu je možné zachytit i jevy s velmi nízkou pravděpodobností výskytu. A bude jich přibývat.
Do provozu se chystá například Observatoř Very C. Rubinové, která bude schopna přehlédnout celou dostupnou oblohu každých pár nocí. Je tedy velmi pravděpodobné, že objevů podobných tomu v galaxii J2245+3743 bude čím dál více. Podobné úkazy se pravděpodobně stanou běžnými, odhadl například astronom Joseph Michail pro Nature.
Astronomové se tak učí nacházet ve vesmíru jevy, které byly dříve jen teoretickou možností. Ukazuje se, že krmení černých děr může být ještě mnohem dramatičtější, než si kdo donedávna myslel.
Tento posun v astronomii, kde se těžiště práce přesouvá od cíleného hledání k systematickému prohledávání dat, je přitom víc než jen oborová záležitost. Jde o názorný předobraz toho, jaký potenciál se skrývá v nasazení pokročilých algoritmů a umělé inteligence i v dalších vědních oborech.
Princip je v jádru stejný: svěřit strojům systematickou, nadlidsky rozsáhlou analýzu dat, která by člověk sám nikdy projít nedokázal. Ať už jde o petabajty snímků oblohy, miliony genomů ve zdravotních záznamech, nebo o databáze chemických sloučenin a materiálů.
V některých případech by mohlo jít o dosti zásadní změnu. Místo aby vědec formuloval hypotézu, kterou se následně snaží potvrdit („Hledám lék s touto konkrétní strukturou…“), může umělá inteligence prohledávat data s mnohem obecnějším zadáním: „Najdi, co je neobvyklé.“
Z vědce by se tak mohl stát kurátor a interpret. Jeho úkolem je rozhodnout, která z deseti anomálií, jež mu algoritmus předložil, je skutečně relevantní a zaslouží si hlubší zkoumání v laboratoři — nebo, jako v případě Matthewa Grahama, ověření výkonnějším teleskopem. Pohled do 10 miliard let vzdálené minulosti na děj, který se odehrává jinou rychlostí, než plyne náš čas, je zároveň připomínkou budoucnosti.