Důkazy o teoretickém typu černé díry objevené na úsvitu času

Astronomové objevili důkazy o teoretickém typu černé díry, která se skrývá ve vzdáleném vesmíru. Tento objekt, známý jako „Outsize Black Hole“, by mohl pomoci vysvětlit některé základní vesmírné záhady, včetně toho, jak se tvoří supermasivní monstra.

Černé díry, jak je známe, mají tendenci spadat do dvou kategorií: jsou tu černé díry s hmotností hvězd, které, jak název napovídá, mají hmotnosti ekvivalentní několika hvězdám. Vznikají, když velké hvězdy zemřou v supernově. Na druhém konci stupnice jsou supermasivní černé díry, které obsahují hmotnost milionů nebo dokonce miliard hvězd. Ty se nacházejí ve středu mnoha galaxií, včetně té naší.

Dlouho se předpokládalo, že supermasivní černé díry vznikají tak, že vyrůstají z černých děr s hvězdnou hmotou, když v průběhu miliard let shlukují hmotu. Tato hypotéza byla zdánlivě podpořena nedávnými pozorováními středně hmotných černých děr, vzácných objektů, které se zasunují do středu rozsahu hmoty.

Ale jak astronomové nahlížejí dál v prostoru a čase, stále častěji pozorují známky toho, že příběh není tak jednoduchý. V roce 2017 byla ve vzdáleném koutě vesmíru objevena černá díra o hmotnosti 800 milionů Sluncí, což znamenalo, že se tak rozrostla jen několik set milionů let po Velkém třesku – tempo růstu, které by podle našich modelů nemělo být možné. A není zdaleka sám, od té doby bylo nalezeno přes 100 současných obrů.

Jedním z možných vysvětlení je, že některé černé díry se mohou tvořit jinými metodami, což jim dává větší počáteční hmotnost, než by umožňovala běžná stará supernova. Pokud se masivní oblaka plynu zhroutí, podle hypotézy by mohly vytvořit černé díry s hmotností mezi asi 10 000 a 100 000 Slunci.

„Existují fyzikální limity toho, jak rychle mohou černé díry růst, jakmile se zformují, ale ty, které se rodí masivnější, mají náskok,“ řekl Andy Goulding, spoluautor studie. „Je to jako zasadit stromek, kterému trvá kratší dobu, než vyroste v strom plné velikosti, než kdybyste začali pouze se semenem.“

Nyní astronomové tvrdí, že objevili první důkaz právě takového objektu, který nazývají Velká černá díra. Nachází se v galaxii zvané UHZ1 v neuvěřitelné vzdálenosti 13,2 miliard světelných let od Země – což také znamená, že ji vidíme takovou, jaká byla před 13,2 miliardami let, tedy méně než 500 milionů let po Velkém třesku.

RTG: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infračervené: NASA/ESA/CSA/STScI; Zpracování obrazu: NASA/CXC/SAO/L. Frattare & K. Arcand

Nalezení objektu tak vzdáleného vyžadovalo kombinovaný výkon rentgenové observatoře Chandra a vesmírného dalekohledu Jamese Webba, k čemuž mu napomáhal efekt zvětšení nazývaný gravitační čočka. Kopa galaxií v popředí zesílila slabé světlo z UHZ1, což umožnilo dvěma dalekohledům jej zachytit.

Z jasu a energie rentgenového záření vyvrženého černou dírou astronomové odhadli, že její hmotnost je mezi 10 miliony a 100 miliony Sluncí. To znamená, že má přibližně stejnou hmotnost jako všechny hvězdy v jeho domovské galaxii dohromady, což je mnohem vyšší procento než supermasivní černé díry nalezené v modernějších galaxiích. Tyto pozorované charakteristiky souhlasí s teoretickými předpovědi Outsize Black Holes.

„Domníváme se, že toto je první detekce ‚Outsize Black Hole‘ a nejlepší dosud získaný důkaz, že některé černé díry vznikají z masivních mračen plynu,“ řekl Priyamvada Natarajan, spoluautor studie. „Poprvé vidíme krátkou fázi, kdy supermasivní černá díra váží asi tolik jako hvězdy v její galaxii, než zaostane.“

Jiné studie naznačují, že tito raní obři se mohli zformovat z primordiálních superhmotných hvězd, které se staly supernovou, nebo dokonce z kolapsu temné hmoty, která se sama ovlivní. Samozřejmě je možné, že ve hře je více mechanismů, ale pouze další pozorování mohou astronomům pomoci určit odpověď.

Výzkum byl publikován ve dvou článcích, které se objevily v časopisech Astronomie přírody a Astrophysical Journal Letters.

Zdroj: NASA