Ilustrace znázorňuje precesi akrečního disku, který se vytvořil krátce po rozpadu hvězdy v těsné blízkosti supermasivní černé díry (tranzient AT2020ocn). Panel vlevo odpovídá fázi, kdy ze Země pozorujeme menší a chladnější plochu disku (nižší tok), zatímco panel vpravo zachycuje fázi s větší pozorovanou plochou disku (vyšší tok) a odhalením horkých částí akrečního toku. Objev Lense–Thirringovy precese byl publikován v časopise Nature a byl také předmětem tiskové zprávy MIT News. Kredit: Michal Zajaček

Zabýváme se studiem centrálních částí galaxií, včetně centra Mléčné dráhy. Zajímá nás aktivita supermasivních černých děr, jak rostou a jak interagují se svým okolím. Zajímá nás, jak je růst supermasivních černých děr ovlivňován jejich okolím na různých škálách a jak naopak tyto černé díry ovlivňují své okolí. Využíváme data na různých vlnových délkách v kombinaci s teoretickými a výpočetními modely.

Dnes již víme, že většina galaxií hostí ve svých centrech alespoň jednu supermasivní černou díru. Přestože tyto hmotné kompaktní objekty o hmotnostech řádově od milionů až po miliardy hmotností Slunce dynamicky ovlivňují pouze velmi malé oblasti ve svém bezprostředním okolí, s poloměry přibližně od 0,5 do 100 parseků, prostřednictvím intenzivního záření a mohutných výtoků mohou ovlivňovat rychlost tvorby hvězd a množství chladného plynu ve svých hostitelských galaxiích, a dokonce i v jejich širším okolí na škálách kup galaxií. Je proto zásadní studovat procesy růstu černých děr, jako jsou akrece a splynutí, a zkoumat, jakým způsobem ovlivňují vývoj galaxií v kosmologickém kontextu.

Aktuální oblasti výzkumu

Studujeme pohyb hvězd a plynu v okolí supermasivní černé díry v centru Mléčné dráhy, jejímž pozorovaným protějškem je kompaktní a proměnný rádiový zdroj Sgr A*. Pátrali jsme po hvězdách, které obíhají ve velmi těsné blízkosti Sgr A*. Jedním z rekordmanů je S4716, která obíhá kolem Sgr A* na škále srovnatelné s velikostí Sluneční soustavy, přičemž jeden oběh jí trvá pouhé 4 roky. Jednou ze záhad zůstává, jak mohly tyto relativně mladé hvězdy vzniknout tak blízko supermasivní černé díry. Klíč k jejímu vyřešení by mohly poskytnout dosud záhadné objekty obklopené prachem, které se nacházejí podobně blízko Sgr A* a vykazují známky mladých hvězdných objektů. Na druhou stranu nedávný objev dvojhvězdy D9 obíhající kolem supermasivní černé díry, která patří mezi objekty obklopené prachem (tzv. G objekty), otevírá možnost, že tyto záhadné objekty vznikají v důsledku probíhajících interakcí a splynutí dvojhvězd.

Zabýváme se také interakcemi hvězd a kompaktních pozůstatků s akrečními disky, nukleárními větry a výtrysky v okolí supermasivních černých děr. Zaměřujeme se přitom na to, jak mohou tato menší tělesa ovlivňovat rychlost akrece a výtoky a zda mohou tyto interakce významně ovlivnit hvězdný vývoj a vzhled hvězd v blízkosti supermasivní černé díry. Za tímto účelem jsme provedli podrobné trojrozměrné hydrodynamické simulace kolizí červených obrů s nukleárním výtryskem, který mohl být přítomen během období zvýšené aktivity Sgr A* v minulosti.

Další důležitá otázka se týká vztahu mezi procesy, které nejsou spojeny se splynutím galaxií (a které lze studovat prostřednictvím morfologie galaxií), a přísunem hmoty k supermasivním černým dírám a jejich zpětnou vazbou na okolí. Členové naší skupiny se zaměřují zejména na pozorovaný trend, podle něhož galaxie s výraznými příčkami vykazují vyšší zastoupení aktivních galaktických jader, a také na další komplexní vztahy mezi galaktickými příčkami, výdutěmi a aktivitou supermasivních černých děr.

Dále se zajímáme o fundamentální fyziku gravitačních teorií a černých děr, zejména o možnost testovat přítomnost nabitých černých děr ve vesmíru a o možnosti využití akreujících černých děr k omezení kosmologických modelů.

Úzce spolupracujeme s dalšími výzkumnými skupinami na Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky, konkrétně se skupinami Astrofyzika kup galaxií a Pozorování energetického vesmíru pomocí malých družic, které působí v rámci MUNI High-Energy Astrophysics.

Finanční podpora

Na realizaci výše uvedených výzkumných projektů jsme získali podporu Grantové agentury České republiky (GA ČR) prostřednictvím grantů Junior Star (GM24-10599M) a česko-polského projektu (GF23-04053L).