HST našel v raném vesmíru více černých děr, než se očekávalo

Hubbleovo ultra hluboké pole HUDF (Hubble Ultra-Deep Field) obsahující téměř 10 000 galaxií je nejhlubším snímkem vesmíru ve viditelném světle. Snímek vyžadoval 800 expozic pořízených během 400 oběhů HST kolem Země. Celková doba expozice byla 11,3 dne, pořízená byla mezi 24. zářím 2003 a 16. lednem 2004.

S pomocí Hubbleova vesmírného teleskopu HST našel mezinárodní tým výzkumníků pod vedením vědců z katedry astronomie Stockholmské univerzity více černých děr v raném vesmíru, než bylo dříve hlášeno. Nový výsledek může vědcům pomoci pochopit, jak byly supermasivní černé díry vytvořeny.

V současné době vědci nemají úplný obrázek o tom, jak se první černé díry vytvořily krátce po Velkém třesku. Je známo, že supermasivní černé díry, které mohou mít hmotnost více než miliardu Sluncí, existují v centru několika galaxií již méně než miliardu let po Velkém třesku.

„Mnoho z těchto objektů se zdá být masivnější, než jsme si původně mysleli, že by mohly být v tak raných dobách – buď se zformovaly již velmi hmotné, nebo rostly extrémně rychle,“ řekla Alice Youngová, doktorandka ze Stockholmské univerzity a spoluautorka studie publikované v The Astrophysical Journal Letters.

Na obrázku vpravo je nový snímek Hubbleova ultra hlubokého pole. První hloubkové zobrazení pole bylo provedeno pomocí HST v roce 2004. Stejné pole průzkumu bylo znovu pozorováno HST o několik let později a poté bylo znovu zobrazeno v roce 2023. Porovnáním blízkých infračervených expozic kamerou Hubble Wide Field Camera 3 (WFC3) pořízených v roce 2009 a 2012 astronomové v roce 2023 našli důkazy pro mihotající se supermasivní černé díry v srdcích raných galaxií. Jeden příklad je znázorněn jako jasný objekt ve vloženém obrázku. Některé supermasivní černé díry nepohlcují okolní materiál neustále, ale nárazově a „prskají“, takže jejich jas bliká. To lze zjistit porovnáním snímků HUDF pořízených v různých epochách. Průzkum zjistil více černých děr, než se předpokládalo.

Černé díry hrají velmi důležitou roli v životním cyklu všech galaxií, ale existují velké nejistoty v našem chápání toho, jak se galaxie vyvíjejí. Aby vědci získali úplný obrázek o souvislosti mezi vývojem galaxií a černých děr, použili HST k průzkumu, kolik černých děr existuje mezi populací slabých galaxií, když byl vesmír starý jen několik procent svého současného věku.

Počáteční pozorování zkoumané oblasti znovu po několika letech vyfotografoval HST. To týmu umožnilo měřit změny jasnosti galaxií. Tyto variace jsou výmluvným znakem černých děr. Tým identifikoval více černých děr, než bylo dříve nalezeno jinými metodami.

Nové výsledky pozorování naznačují, že některé černé díry pravděpodobně vznikly kolapsem hmotných hvězd během první miliardy let kosmického času. Tyto typy hvězd mohou ve vesmíru existovat pouze ve velmi raných dobách, protože hvězdy pozdější generace jsou „znečištěny“ zbytky hvězd, které již zemřely. Mezi další alternativy pro tvorbu černých děr patří kolabující plynná mračna, splynutí hvězd v masivních kupách a „prapůvodní“ černé díry, které se vytvořily (fyzikálně spekulativními mechanismy) v prvních několika sekundách po Velkém třesku. S těmito novými informacemi o formování černých děr lze sestavit přesnější modely formování galaxií.

„Mechanismus formování raných černých děr je důležitou součástí skládačky evoluce galaxií,“ řekl Matthew Hayes z katedry astronomie Stockholmské univerzity a hlavní autor studie. „Spolu s modely růstu černých děr lze nyní výpočty vývoje galaxií postavit na fyzikálně motivovanější základ s přesným schématem toho, jak černé díry vznikly z kolapsu hmotných hvězd.“

Astronomové také provádějí pozorování pomocí kosmického dalekohledu NASA James Webb Space Telescope (JWST), aby hledali galaktické černé díry, které se vytvořily brzy po Velkém třesku, aby pochopili, jak byly masivní a kde se nacházely.

Zdroj: https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-finds-more-black-holes-than-expected-in-the-early-universe/ a https://scitechdaily.com/the-big-bangs-dark-legacy-revealed-by-hubble-unexpected-black-holes/

autor: František Martinek