Astronomové vyřešili záhadu vzniku prvních supermasivních černých děr

Mezinárodní tým astronomů provedl na superpočítači úspěšné simulace ke znázornění procesu vzniku velmi hmotných černých děr ze supersonických proudů plynu zbylých po Velkém třesku. Studie byla publikována v časopise Science. Vedoucím výzkumného týmu byl Shingo Hirano z University of Texas, Austin's Department of Astronomy. „To je významný postup vpřed. Původ monstrózních černých děr zůstával dlouhou dobu záhadou a teprve nyní jsme se přiblížili k jejímu vyřešení,“ říká Shingo Hirano.

Nedávno objevená černá veledíra, která je od Země vzdálená 13 miliard světelných roků, je v souladu s podmínkami v době, kdy vesmír byl starý pouhých 5 % jeho současného věku. To představuje závažnou změnu teorií vzniku a vývoje černých děr. Fyzikální procesy, které vedou ke vzniku černých děr a podporují jejich růst, nejsou doposud dobře známy.

Z dosavadních teoretických studií vyplývalo, že tyto černé díry vznikly z pozůstatků prvních generací hvězd nebo přímým gravitačním smrštěním hmotných primordiálních (prvotních) oblaků plynu. Nicméně takové teorie buď měly problém s dostatečně rychlým formováním supermasivních černých děr nebo s velmi specifickými podmínkami.

Vědecký tým, jehož vedoucím byl hlavní vědecký pracovník Naoki Yoshida z Japan’s Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, identifikoval nadějný fyzikální proces, v rámci kterého mohou hmotné černé díry vznikat dostatečně rychle. Nejdůležitější byl supersonický pohyb plynů ve vztahu k temné (skryté) hmotě. Astronomové uskutečnili simulace na superpočítači, které ukázaly mohutné chomáče temné hmoty, která se vytvořila v době, kdy stáří vesmíru činilo pouhých 100 miliónů roků. Supersonické proudy plynu, generované jako důsledek Velkého třesku, byly zachyceny temnou hmotou a začaly vytvářet hustá turbulentní plynná oblaka. V jejich nitru se nastartoval proces vzniku protohvězd a protože okolní plyn poskytoval více než dostatečné množství hmoty k jejich „krmení“, hvězdy byly schopny narůst do extrémně velkých rozměrů ve velmi krátkém čase bez uvolnění velkého množství záření.

„Po rychlém dosažení hmotnosti 34 000× převyšující hmotnost Slunce hvězda zkolabovala v důsledku vlastní gravitace a vytvořila velmi hmotnou černou díru,“ vysvětluje Naoki Yoshida. „Tyto hmotné černé díry zrozené v mladém vesmíru postupně rostly a spojovaly se s dalšími objekty, až se z nich staly supermasivní černé díry.“

„Počet velmi hmotných černých děr je odvozen přibližně na jeden objekt v objemu o straně tří miliard světelných roků – což je pozoruhodně blízko k pozorovanému množství supermasivních černých děr ve vesmíru,“ říká Shingo Hirano.

Výsledky této studie jsou důležité pro budoucí výzkum růstu velmi hmotných černých děr. Zejména se zvyšujícím se nárůstem počtu pozorovaných černých děr ve vesmíru, který se očekává po vypuštění nového kosmického teleskopu NASA s názvem James Webb Space Telescope (JWST), jehož start byl posunut na počátek roku 2019.

Zdroj: https://mcdonaldobservatory.org/news/releases/20170928 a https://cns.utexas.edu/news/astronomers-solve-mystery-of-formation-of-first-supermassive-black-holes

autor: František Martinek