Největší černé díry ve vesmíru se nerodí, ale postupně rostou

Když hmotná hvězda dosáhne konce svého života, zhroutí se. Ukončení působení tlačné síly z fúze znamená, že gravitace konečně zvítězí a kolaps začíná. Pokud je hvězda dostatečně hmotná, nic nemůže tento kolaps zastavit, ani tlak, ani teplo, ani žádná síla v přírodě. Výsledkem je černá díra, objekt s nekonečnou hustotou obalený hranicí, ze které neuniká ani světlo. Je to jeden z nejdramatičtějších konců ve vesmíru. Ale u největších černých děr se tento příběh ukázal jako mylný. Nebo přinejmenším neúplný.

Nová studie vedená Cardiff University a publikovaná v časopise Nature Astronomy analyzovala 153 srážek černých děr detekovaných gravitačními observatořemi LIGO, Virgo a KAGRA. Jedná se o nejkomplexnější katalog svého druhu a v datech se skrývá jasný signál: nejhmotnější černé díry nevznikly v jediném hvězdném kolapsu. Byly „sestaveny“, kus po kusu, prostřednictvím série opakovaných a mimořádně prudkých srážek. Zdá se, že klíčem je rotace.

Když se dvě černé díry sloučí, výsledný objekt zdědí spin (rotaci) ovlivněný oběma svými rodiči. Pokud se černé díry tvoří přímo z umírajících hvězd a spojují se ve dvojicích, jejich spiny bývají pomalé a zarovnané (mají shodný směr). Ale v datech z Cardiffu vyprávějí nejtěžší černé díry úplně jiný příběh. Některé měly rychlé spiny, směřující zdánlivě náhodnými směry. To je charakteristický znak objektů, které prošly několika fúzemi, putovaly prostorem a znovu a znovu se srážely v prostředí s téměř nepředstavitelnou hustotou.

Těmito prostředími jsou kulové hvězdokupy, starobylé, hustě uspořádané koule stovek tisíc hvězd. V jejich jádrech mohou být hvězdy namačkány až milionkrát hustěji než v našem vlastním galaktickém sousedství. Černé díry, které se tam tvoří, se od sebe nevzdalují. Interagují, srážejí se, splývají a rostou. Každá generace je těžší než ta předchozí.

„Zdá se, že největší černé díry ve studovaném vzorku nám vypovídají o dynamice hvězdokup, nejen o vývoji hvězd,“ řekl Fabio Antonini, hlavní autor studie z Cardiff University.

Studie také potvrzuje něco, co teoretici již dlouho předpovídali a snažili se to dokázat – že existuje hmotnostní mezera. Ukazuje se, že velmi hmotné hvězdy se vůbec nezhroutí do černých děr, ale místo toho explodují, roztrhány vlastní unikající energií, než se může černá díra vytvořit. To vytváří zakázanou zónu, rozsah hmotností, které by hvězdné černé díry jednoduše neměly zaujímat. Tým z Cardiffu určuje tuto hranici na přibližně 45násobek hmotnosti našeho Slunce. Nad touto hranicí se pravidla mění. Spinální vzorce se mění a černé díry vypadají jako objekty druhé nebo třetí generace; spíše jako produkty dynamiky hvězdokup než hvězdné smrti.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/the-universes-biggest-black-holes-arent-born-theyre-built a https://www.eurekalert.org/news-releases/1126877

autor: František Martinek