Astronomové objevili nejstarší potvrzenou černou díru z počátku vesmíru

V roce 2024 zahájil mezinárodní tým astronomů program CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey (CAPERS), který bude využívat data z vesmírného dalekohledu James Webb Space Telescope (JWST) k identifikaci galaxií v období „kosmického úsvitu“. Toto kosmologické období nastalo méně než miliardu let po Velkém třesku a je to doba, kdy se ve vesmíru vytvořily první galaxie. V nedávné studii tým CAPERS potvrdil existenci černé díry v centru galaxie (označené CAPERS-LRD-z9) vzdálené přibližně 13,3 miliardy světelných let.

Díky tomu je tato černá díra nejstarší, jakou vědci kdy pozorovali, a nabízí příležitost ke studiu vývoje černých děr a struktury vesmíru v tomto raném období. Výzkum vedl Anthony J. Taylor, postdoktorand na Cosmic Frontier Center při Texaské univerzitě v Austinu, a podílelo se na něm několik členů konsorcia CAPERS. Článek s podrobným popisem jejich zjištění byl publikován 6. srpna 2025 v časopise Astrophysical Journal Letters.

V 70. letech 20. století vědci objevili, že většina hmotných galaxií má ve svém středu supermasivní černou díru (SMBH – supermassive black hole), což vysvětlovalo, proč se jejich jádra periodicky rozjasňují natolik, že zastíní všechny hvězdy v jejich discích. To vedlo k zavedení pojmu aktivní galaktické jádro (AGN), který popisuje tato jasná galaktická centra a odlišuje je od méně jasných aktivních galaxií. Díky nasazení teleskopu JWST mají astronomové konečně možnost pozorovat rané předky (neboli zárodky) těchto gigantů a studovat, jak ovlivnily vývoj svých galaxií.

Černá díra CAPERS-LRD-z9 byla poprvé identifikována v rámci průzkumu Public Release IMaging for Extragalactic Research (PRIMER) pomocí Webbovy kamery pro blízké infračervené záření (NIRCam) a přístroje pro střední infračervené záření (MIRI). Stejně jako mnoho galaxií identifikovaných JWST, je CAPERS-LRD-z9 součástí nové třídy galaxií známých jako „Little Red Dots“ (LRD – malé červené tečky), které existovaly 1,5 miliardy let po Velkém třesku a jsou velmi kompaktní, červené a překvapivě jasné. Při provádění následných pozorování identifikoval tým CAPERS pomocí Webbova spektrometru pro blízké infračervené záření (NIRSpec) charakteristické známky rychle se pohybujícího plynu a provedl spektroskopii přístrojem NIRSpec/PRISM.

Když plyn a prach obíhají kolem černé díry a hromadí se na jejím povrchu, jsou urychleny na relativistické rychlosti (blízké rychlosti světla). Zatímco plyn proudící směrem od našich přístrojů je posunut k červenému konci spektra, plyn pohybující se směrem k nim je posunut k modřejším vlnovým délkám. Při zkoumání spektrálních signatur pocházejících z CAPERS-LRD-z9 tým detekoval přítomnost obou, čímž potvrdil, že identifikoval černou díru vzdálenou přibližně 13,3 miliardy světelných let. Ačkoliv astronomové objevili několik vzdálenějších kandidátů, dosud nenašli charakteristickou spektroskopickou signaturu spojenou s černými dírami.

„Při hledání černých děr se prakticky nemůžete dostat dál. Opravdu posouváme hranice toho, co dokáže detekovat současná technologie,“ uvedl Taylor v tiskové zprávě UT News. „Prvním cílem projektu CAPERS je potvrdit a studovat nejvzdálenější galaxie,“ dodal spoluautor Mark Dickinson, vedoucí týmu CAPERS. „Spektroskopie JWST je klíčem k potvrzení jejich vzdálenosti a pochopení jejich fyzikálních vlastností.“

Přítomnost zárodku SMBH v centru CAPERS-LRD-z9 k tomu poskytuje astronomům jedinečnou příležitost. Za prvé, tato galaxie podporuje teorii, že SMBH jsou zdrojem neočekávané jasnosti Little Red Dots, která se obvykle připisuje hojnosti hvězd. To však není v souladu se současnými kosmologickými modely, které naznačují, že tyto galaxie neměly dostatek času na to, aby vytvořily tolik hvězd. Kromě toho černé díry jasně září, protože stlačují plyn a prach, který spotřebovávají, a uvolňují tak obrovské množství světla a tepla.

Potvrzení existence zárodku SMBH v CAPERS-LRD-z9 pomáhá ilustrovat tento proces ve velmi raných galaxiích. Tato galaxie by také mohla pomoci vysvětlit výraznou červenou barvu galaxií LRD, která by mohla být způsobena hustým oblakem prachu obklopujícím černou díru – něco, co bylo pozorováno v novějších galaxiích. Kromě toho byla velikost černé díry (až 300 milionůkrát větší než hmotnost našeho Slunce) nečekaným objevem, představující zhruba polovinu hmotnosti všech hvězd v jejím disku. To je podobné tomu, co astronomové zaznamenali u jiných zárodků SMBH v galaxiích, které existovaly méně než 1 miliardu let po Velkém třesku.

Tento objev proto astronomům nabízí příležitost studovat, jak tyto černé díry mohly tak rychle narůst do takových rozměrů. „To přispívá k rostoucímu počtu důkazů, že rané černé díry rostly mnohem rychleji, než jsme považovali za možné,“ řekl spoluautor studie Steven Finkelstein, ředitel Cosmic Frontier Center. „Nebo byly od počátku mnohem hmotnější, než předpovídají naše modely.“

Do budoucna tým doufá, že shromáždí více dat ve vysokém rozlišení o CAPERS-LRD-z9, aby se dozvěděl více o roli černých děr ve vývoji galaxií v raném vesmíru. „Je to pro nás dobrý testovací objekt,“ řekl Taylor. „Až donedávna jsme nemohli studovat raný vývoj černých děr a jsme nadšení, co se můžeme z tohoto jedinečného objektu dozvědět.“

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/astronomers-spot-the-earliest-confirmed-black-hole-at-cosmic-dawn a https://news.utexas.edu/2025/08/06/meet-the-universes-earliest-confirmed-black-hole-a-monster-at-the-dawn-of-time/

autor: František Martinek