Odpočet začal: Za 100 let otřese vesmírem srážka gigantů. Co to udělá s naší planetou

Dvě supermasivní černé díry v jádru vzdálené galaxie obíhají kolem sebe jednou za 121 dní. Podle nové studie by mohly splynout už za sto let.

Foto: ESA/NASA / Wikimedia Commons / CC BY 4.0

V červnu 2022 zachytily antény Very Long Baseline Array něco neobvyklého v jádru blazaru Markarian 501, strukturu připomínající Einsteinův prstenec, prstencový obraz světla zakřiveného extrémní gravitací. Tým vedený Silvií Britzenovou z Max-Planck-Institutu pro radioastronomii se vrátil k 83 datovým sadám pořízeným za 23 let a objevil v nich druhý výtrysk hmoty, druhý jet, vycházející z téhož jádra. Vysvětlení, které nejlépe sedí na všechna pozorování najednou, je dramatické: v centru galaxie vzdálené asi 500 milionů světelných let neobíhá jedna, ale dvě supermasivní černé díry, a jsou si mimořádně blízko.

Dvě černé díry, jeden blazar

Markarian 501 patří mezi nejstudovanější blazary na obloze, aktivní galaktická jádra, jejichž jet míří téměř přímo k Zemi. Právě proto je tak jasný v rádiových i gama vlnách. Jenže nová analýza dat na frekvenci 43 GHz odhalila, že z jádra nevychází jeden jet, ale dva. Každý má jiný směr, jinou strukturu a oba se opakovaně vracejí v konfiguracích, které odpovídají oběžné době kolem 121 dnů.

Po korekci na kosmologický červený posuv (redshift z = 0,034) z toho vychází vzájemná vzdálenost obou černých děr přibližně 469 astronomických jednotek, zhruba dvanáctkrát více než vzdálenost Slunce od Neptunu. Na kosmické poměry je to těsné objetí. Každá ze složek má odhadovanou hmotnost mezi 100 miliony a jednou miliardou hmotností Slunce. Pro srovnání: Sagittarius A*, supermasivní černá díra v centru naší Mléčné dráhy, váží přibližně 4,3 milionu hmotností Slunce. Složky v Mrk 501 jsou tedy zhruba 23× až 233× hmotnější.

Co znamená „za 100 let“

Číslo „100 let“ nepochází z kalendáře, ale z fyzikálního modelu. Když dvě tak hmotná tělesa obíhají kolem sebe, vyzařují gravitační vlny a ztrácejí energii. Dráha se postupně stahuje, oběžná doba se zkracuje, a nakonec dojde ke splynutí. Doba, za kterou se to stane, závisí na několika parametrech: poměru hmotností obou složek, excentricitě dráhy a celkové hmotnosti systému.

Sto let vychází jen v tom nejkratším scénáři, při malém poměru hmotností a téměř kruhové dráze. Autoři studie publikované v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society sami upozorňují, že přesnější odhad vyžaduje další pozorování a že vyšší excentricita by časový horizont posunula. Bezpečnější je říct: nejdřív zhruba kolem roku 2126, ale s velkou nejistotou. Může to být i výrazně déle.

Důležité je také slovo „kandidátní“. Nikdo zatím přímo nerozlišil dva oddělené body v jádru Mrk 501. Maximální úhlový rozměr systému studie odhaduje na 3,6 mikroúhlové vteřiny. Event Horizon Telescope rozliší zhruba 20 mikroúhlových vteřin, plánovaný projekt BHEX asi 6. Přímý snímek dvojice je zatím mimo dosah. Indicie jsou silné, ale jde o model, ne o fotografii.

Otřes, který nepocítíte

Slovo „otřes“ v kontextu gravitačních vln svádí k představě zemětřesení. Realita je jiná. Gravitační vlny jsou zvlnění samotného prostoročasu, periodické natahování a stlačování vzdáleností, které se šíří rychlostí světla. Když takovou vlnu zachytí detektor LIGO, projeví se jako změna délky čtyřkilometrového ramene o zlomek průměru protonu. Nic, co by člověk ucítil.

U Mrk 501 je situace ještě specifičtější. Signál z tohoto systému má odhadovanou frekvenci kolem 80 nanohertzů, tedy jedna vlna za zhruba 12 milionů sekund. To je úplně jiný svět než rychlé záchvěvy, které zachycuje LIGO a Virgo. Nanohertzové gravitační vlny se hledají jinou metodou: sledováním přesného tikání vzdálených pulsarů v rámci takzvaných pulsar timing arrays. Právě European Pulsar Timing Array a připravovaný radioteleskop SKA by mohly být nástroje, kterými se signál z Mrk 501 jednou podaří přiřadit ke konkrétnímu zdroji.

A dopad na Zemi? Žádný měřitelný mimo laboratoř. Systém leží 500 milionů světelných let daleko. Gravitační vlny, které k nám dorazí, budou extrémně slabé, deformace prostoročasu tak miniaturní, že je nezachytí nic menšího než planetární síť radioteleskopů.

Proč je to přesto obrovská věc

V roce 2015 zachytil LIGO první přímý signál gravitačních vln ze srážky dvou černých děr o hmotnostech desítek Sluncí. V roce 2025 přibyl rekord: událost GW231123, splynutí černých děr o přibližně 100 a 140 hmotnostech Slunce. Obojí jsou objekty, které se vedle složek Mrk 501 jeví jako zrnka písku vedle balvanů.

Dosud žádný konkrétní zdroj nanohertzových gravitačních vln nebyl jednoznačně přiřazen k jednotlivé galaxii. Pulsar timing arrays zatím měří jen statistické pozadí, šum z tisíců binárních systémů po celém vesmíru. Mrk 501 by se mohl stát jedním z prvních kandidátů, u kterých se podaří říct: tenhle signál patří tomuhle páru. To by byl pro gravitačně-vlnovou astronomii podobný milník jako první snímek černé díry pro optickou astronomii.

Největší drama se u téhle události neodehraje na noční obloze. Odehraje se v datech, v řadách čísel z rádiových antén a v nepatrných odchylkách tikání pulsarů, které jednou možná prozradí, že dvě z nejhmotnějších známých černých děr právě dokončily svůj spirálový tanec.