Teleskop Jamese Webba, který objevil „bizarní“ objekt z úsvitu času, by mohl odhalit původ černých děr
Jsou velké, objevují se na počátku historie vesmíru a odkud pocházejí, bylo dlouho záhadou. Od doby, kdy astronomové poprvé objevili existenci supermasivu černé díry v centru většiny galaxií, bylo obtížné plně vysvětlit jejich původ.
Ale nedávné pozorování s Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) by mohly pomoci vyřešit hádanku, jak supermasivní černé díry tak rychle rostly, aby se staly goliáši raného vesmíru.
Černá díra v QSO1 byla poprvé analyzováno v únoru 2024který odhalil, že galaxie obsahuje černou díru o hmotnosti zhruba ekvivalentní 50 milionům sluncí.
Nedávná navazující studie pod vedením Ignase Juodžbalise z University of Cambridge potvrdil původní odhad hmotnosti a také jednoznačně ukázal, že QSO1 postrádá významnou složku plynu a hvězd. Místo toho, aby to byla černá díra, která se nachází ve středu galaxie, je to, jako by sama černá díra dominovala systému a širší galaxie chyběla.
„Je to velmi zvláštní systém,“ Dobrovolnice Martařekl v rozhovoru pro LiveScience profesor pařížského institutu astrofyziky. „Pokud je takových víc, bude to opravdu bizarní.“
Volonteri je přední světový odborník na formování supermasivních černých děr a přispěl k analýze hmoty černé díry. „Dvakrát jsem zkontrolovala výsledky se svým vlastním kódem. V systému je velmi málo místa pro jakoukoli podstatnou hmotu kromě hmoty černé díry,“ řekla.
V QSO1 je hmotnost černé díry asi dvakrát větší než hmotnost okolního plynu a hvězd. Naproti tomu černá díra Střelec A*který sedí ve středu Mléčná dráhamá hmotnost, která je jen nepatrným zlomkem celkové hmotnosti galaxie.
Tajemné malé červené tečky
Když JWST začal shromažďovat data v roce 2022, odhalil překvapivý objev: četné kompaktní, červené galaxie nazývané „malé červené tečky“ pozorované v epochách odpovídajících zhruba 500 milionům až 1,5 miliardě let po velkém třesku.
Jejich přesná povaha je stále záhadou, ale zdá se, že tyto starověké systémy naznačují, že galaxie, černé díry nebo obojí se vyvinuly dříve as většími hmotnostmi nebo hustotami, než astronomové dříve věřili.
Černé díry se mohou tvořit, když masivní hvězdy vyčerpají své jaderné palivo a zhroutí se pod vlastní gravitací. Na úsvitu vesmíru by tyto rané černé díry vyrostly tím, že by se živily hromadou hvězd, plynových mračen a dalších černých děr. Když však astronomové počítají, jak rychle by takové černé díry s hvězdnou hmotností mohly nahromadit hmotu, je pro ně obtížné vysvětlit, jak mohly vyrůst do kosmických obrů pozorovaných JWST.
Jedním z alternativních scénářů je, že namísto toho, aby byly vytvořeny z hvězd, mohly některé černé díry raného vesmíru vzniknout přímým kolapsem obrovských plynových mračen s mnohem většími hmotnostmi. Takový scénář byl podpořen objevem UHZ-1černá díra, která vykazuje výmluvné známky přímého kolapsu podle studie vedená Priyamvadou Natarajanem z Yale University.
Zdá se však, že systém QSO1, jedna z několika stovek malých červených teček, které astronomové analyzovali, vznikl jiným způsobem.
„Moji spoluautoři navrhli že jejím původem by mohla být prvotní černá díra, nebo to může být temná hmota, která se zhroutila kvůli tomu, jak se sebou interaguje,“ řekl Volonteri. „V každém případě černá díra předcházela obyčejné hmotě, jako je plyn a hvězdy.“
Prvotní černé díry
V roce 1967 sovětští fyzici Jakov B. Zeldovič a Igor D. Novikov navrhl že na krátký okamžik po velkém třesku některé oblasti vesmíru obsahovaly tolik hmoty, že implodovaly do černých děr. Myšlenka byla dále vyvinut Stephenem Hawkingem v roce 1971a od té doby byl zkoumán jak teoreticky, tak pozorováním několika astrofyziky.
Tyto primordiální černé díry by nejen získaly náskok, pokud jde o jejich růst a velikost, ale také by seděly v mrtvém centru galaxií, které se kolem nich tvoří. „To, že černá díra v QSO1 tolik rostla, aniž by došlo k tvorbě hvězd, ukazuje na případ, kdy se vyvíjela výrazně rychleji než galaxie,“ řekl Volonteri.
Otázkou tedy je, zda objev QSO1 vyřeší problém slepice nebo vejce, který vznikl jako první: galaxie, nebo černá díra v jejím středu?
„Toto je jeden objekt, který se stále přezkoumává. Doufám, že všechny tyto analýzy jsou správné, ale je to velmi složité. Ale to, čemu jsme dříve říkali exotické modely, už možná tak exotické není,“ uzavřel Volonteri.
Martu Volonteriovou autor pro knihu již dříve vyzpovídal Facing Infinity: Černé díry a naše místo na Zemikterý obsahuje více informací o její práci a původu supermasivních černých děr. Přečtěte si exkluzivní úryvek zde.
