Astronomové pozorovali supermasivní černou díru v mladém vesmíru

Skupina astronomů včetně dvojice vědců z MIT (Massachusetts Institute of Technology) detekovala nejvzdálenější supermasivní černou díru pozorovanou do současné doby. Tato černá veledíra se nachází v centru mimořádně jasného kvasaru. Světlo, které astronomové pozorovali, opustilo kvasar pouhých 690 miliónů roků po Velkém třesku. Po 13 miliardách roků putování vesmírem dospělo záření až k nám – tento časový úsek téměř odpovídá stáří vesmíru.

Hmotnost této veledíry byla určena přibližně na 800 miliónů hmotností Slunce – což v současném vesmíru není nic zvláštního, ale v tak mladém vesmíru ji lze považovat za anomálii.

„Jedná se zatím o jediný objekt známý z tohoto období vývoje vesmíru,“ říká Robert Simcoe, profesor fyziky na MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. „Jedná se o mimořádně vysokou hmotnost v době, kdy vesmír byl velice mladý, že by prostě tak velké objekty v něm neměly existovat. Vesmír ještě nebyl dostatečně starý k vytvoření černých děr takové velikosti. Její existence je zcela nepochopitelná.“

A navíc tato černá díra upoutala prostředím, ve kterém se zformovala. Vědci odvodili, že černá díra se zformovala právě tehdy, když vesmír prodělal rozhodující změnu, a to z neprůhledného prostředí, v němž dominoval neutrální vodík, k podmínkám, za kterých začaly probleskovat první hvězdy. Jakmile se vytvořilo velké množství galaxií a hvězd, generovaly nakonec dostatečnou úroveň záření k přeměně vodíku z neutrálního stavu, v němž jsou elektrony vodíku pevně svázány s jádrem atomu, do ionizovaného stavu, ve kterém jsou již elektrony uvolněné k náhodné rekombinaci. Tento posun od neutrálního k ionizovanému vodíku představuje rozhodující změnu ve vesmíru, která přetrvala až do dnešních dnů.

Vědecký tým předpokládá, že nově objevená černá díra existovala právě v prostředí, které obsahovalo z poloviny neutrální vodík a z poloviny vodík ionizovaný. „Zjistili jsme, že v době vzniku superhmotné černé díry byl ve vesmíru poměr neutrálního a ionizovaného vodíku 50/50 – to je okamžik, kdy se první galaxie vynořily ze svých kokonů (zárodečných obalů) neutrálního plynu a začaly si svítit na cestu,“ říká Robert Simcoe. „To je nejpřesněji změřený časový okamžik a reálná známka toho, že se objevily první hvězdy.“

Na výzkumu se podíleli Robert Simcoe a Monica L. Turner z MIT, další autory studie jsou pracovníci Carnegie Institution for Science, Pasadena, Kalifornie. Závěry byly publikovány v časopise Nature.

Nově objevený kvasar, jak se ukázalo, vznikl v rozhodujícím okamžiku vývoje vesmíru. Vzápětí po Velkém třesku se vesmír podobal horké kosmické polévce obsahující extrémně energetické částice. Jak se vesmír rychle rozpínal, tyto částice se ochlazovaly a vytvořily plynný neutrální vodík v éře, kterou někdy označujeme jako temný věk – což je období bez jakýchkoliv zdrojů světla. Nakonec gravitace zahustila tento materiál do podoby prvních hvězd a galaxií, které pro změnu produkovaly světlo a další záření v podobě fotonů. Temný věk vesmíru skončil.

Robert Simcoe, Monica L. Turner, a také Eduardo Bañados z Carnegie Institution spolu s dalšími astronomy se domnívají, že objevený kvasar existoval právě v období základního přechodu, tedy přesně v době, kdy vesmír prodělal radikální změnu nejrozšířenějšího chemického prvku.

Zdroj: https://phys.org/news/2017-12-scientists-supermassive-black-hole-infant.html a http://news.mit.edu/2017/scientists-observe-supermassive-black-hole-infant-universe-1206

autor: František Martinek